用于激光干涉仪的信号处理方法及其电路系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于激光干涉仪的信号处理方法，其中，所述激光干涉仪用于测量被测目标的位移信息，包括：基于参考信号对获取的载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号；以及对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差，其中，所述相位差用于获取被测目标的位移信息。通过这样的方式，该方法能够实现对被测物体的变化如位移和速度等信息的快速检测，且测量精度较高。

【技术实现步骤摘要】
用于激光干涉仪的信号处理方法及其电路系统
本专利技术涉及激光测量领域，尤其涉及一种用于激光干涉仪的信号处理方法及其电路系统。
技术介绍
外差式激光干涉仪又称外差干涉仪、双频干涉仪、交流干涉仪或激光测振仪等，其普遍应用于测量因被测目标的变化如位移、振动、转动或者大气扰动等因素引起的光波相位变化或者多普勒频移，并经解调后获得该被测目标的位移和速度等检测数据。外差式激光干涉仪的原理为：激光在半反半透玻璃镜的作用下分成两束，一束为测量光，一束为参考光，其中，参考光束通过声光调制器进行调制，以具有一定的频移。测量光被聚焦到被测目标表面，并且受被测目标表面的变化引发反射回激光接收机系统的测量光产生一个多普勒频移。反射回来的测量光和参考光发生干涉得到一个Asin(wt+Φ)的光强变化曲线。进而，通过信号处理器对多普勒频移信号进行处理便能够获得该被测目标的位移和速度数据。在实际应用中，经调频器对光束进行调制后，激光干涉仪接收反射回来的测量光和参考光发生干涉得到的干涉信号(载波信号)，其中调频器的调制信号作为参考信号，通过计算干涉信号与参考信号之间的相位差即可获得被测目标的位移信息。然而，由于受温度、工作环境以及调频器自身误差等的影响，激光干涉仪获取的干涉信号的频率会大于或小于参考信号的频率，与参考信号的频率不一致，进而在频率不一致的情况下测量干涉信号和参考信号之间的相位差会存在着明显的误差，从而导致获得的位移信息出现偏差，精确度较低。传统的外差式激光干涉仪的信号处理器基于正反切运算的相位生成载波解调方法对多普勒频移信号进行相位测量，以实现检测。然而该方法实施起来较为复杂，在解调过程中，易因载波信号和参考信号之间的频差引起的频差信号造成测量干扰，且实测相位测量精度较差。尤其在高速测量时，多普勒频移较大，可达几十兆赫兹以上，传统的外差式激光干涉仪需要采用高速数字器件如ADC、DAC以及FPGA等才能实现测量，电路较为复杂，稳定性较差，在实际应用中有着一定的局限性，且成本较高。因此，目前市场上迫切需求一种电路实施简单，稳定可靠，价格低廉的用于外差式激光干涉仪的信号处理方法及其电路系统。
技术实现思路
本专利技术的一个主要优势在于提供一种用于激光干涉仪的信号处理方法及其电路系统，其能够同步载波信号和参考信号之间的频率，在频率保持一致的情况下测量得到载波信号和参考信号之间的相位差，以获得更加精确的被测目标的位移信息。也就是说，在实际测量中，其能够避免因环境、设备自身误差等因素导致的载波信号的频率与参考信号的频率不一致，而造成获得的相位差存在误差的现象。本专利技术的另一个优势在于提供一种用于激光干涉仪的信号处理方法及其电路系统，其通过对所述激光干涉仪采集得到的载波信号和参考信号进行同频处理，得到与所述参考信号的频率同步的所述载波信号，然后通过测量与所述参考信号的频率同步的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差，得出该被测目标的位移和速度等检测数据。本专利技术的另一个优势在于提供一种用于激光干涉仪的信号处理方法及其电路系统，其中被同频处理后的所述载波信号和所述参考信号的频率基本保持一致性，有效地避免了解调过程中出现因所述载波信号与所述参考信号之间的频差引起的差频信号。本专利技术的另一个优势在于提供一种用于激光干涉仪的信号处理方法及其电路系统，其能够输出较为纯净的检测数据。本专利技术的另一个优势在于提供一种用于激光干涉仪的信号处理方法及其电路系统，其电路实施简单，稳定可靠，价格低廉，应用范围较广。本专利技术的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。依本专利技术的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本专利技术的一种用于激光干涉仪的信号处理方法，其中，所述激光干涉仪用于测量被测目标的位移信息，包括：基于参考信号对获取的载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号；以及对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差，其中，所述相位差用于获取被测目标的位移信息。在本申请一实施例中，基于参考信号对获取的载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号，包括：通过带通滤波器对获取的载波信号进行处理，以获得预设频率范围内的所述载波信号；通过放大器对预设频率范围内的所述载波信号进行放大处理，以获得放大处理后的所述载波信号；通过放大器对参考信号进行放大处理，以获得放大处理后的所述参考信号；以及基于放大处理后的所述参考信号，通过锁相环对放大处理后的所述载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号。在本申请一实施例中，在基于放大处理后的所述参考信号，通过锁相环对放大处理后的所述载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号之后，以及，在对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差之前，还包括：对与所述参考信号具有相同频率的载波信号进行限幅处理，以获得限幅处理后的所述载波信号；以及对经过放大处理后的参考信号进行限幅处理，以获得限幅处理后的所述参考信号。在本申请一实施例中，所述带通滤波器的通、阻带低驻波比为1.3:1，以及，带通为35MHz-49MHz。在本申请一实施例中，对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差，包括：基于鉴相器对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差。根据本申请另一方面，还提供一种用于激光干涉仪的信号处理电路系统，其中，所述激光干涉仪用于测量被测目标的位移信息，所述电路系统包括：同频处理模块，用于基于参考信号对获取的载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号；相位差获取模块，用于对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差，其中，所述相位差用于获取被测目标的位移信息。在本申请一实施例中，所述同频处理模块包括：带通滤波器，用于对获取的载波信号进行处理，以获得预设频率范围内的所述载波信号；第一放大器，用于对预设频率范围内的所述载波信号进行放大处理，以获得放大处理后的所述载波信号；第二放大器，用于对参考信号进行放大处理，以获得放大处理后的所述参考信号；以及锁相环，用于基于放大处理后的所述参考信号，对放大处理后的所述载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号。在本申请一实施例中，进一步包括限幅器，其中所述限幅器用于：对与所述参考信号具有相同频率的载波信号进行限幅处理，以获得限幅处理后的所述载波信号；以及对经过放大处理后的参考信号进行限幅处理，以获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光干涉仪的信号处理方法，其中，所述激光干涉仪用于测量被测目标的位移信息，其特征在于，包括：/n基于参考信号对获取的载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号；以及/n对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差，其中，所述相位差用于获取被测目标的位移信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于激光干涉仪的信号处理方法，其中，所述激光干涉仪用于测量被测目标的位移信息，其特征在于，包括：
基于参考信号对获取的载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号；以及
对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差，其中，所述相位差用于获取被测目标的位移信息。


2.根据权利要求1所述的信号处理方法，基于参考信号对获取的载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号，包括：
通过带通滤波器对获取的载波信号进行处理，以获得预设频率范围内的所述载波信号；
通过放大器对预设频率范围内的所述载波信号进行放大处理，以获得放大处理后的所述载波信号；
通过放大器对参考信号进行放大处理，以获得放大处理后的所述参考信号；以及
基于放大处理后的所述参考信号，通过锁相环对放大处理后的所述载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号。


3.根据权利要求2所述的信号处理方法，其中，在基于放大处理后的所述参考信号，通过锁相环对放大处理后的所述载波信号进行同频处理，以获得与所述参考信号具有相同频率的载波信号之后，以及，在对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波信号和所述参考信号之间的相位差之前，还包括：
对与所述参考信号具有相同频率的载波信号进行限幅处理，以获得限幅处理后的所述载波信号；以及
对经过放大处理后的参考信号进行限幅处理，以获得限幅处理后的所述参考信号。


4.根据权利要求2所述的信号处理方法，其中，所述带通滤波器的通、阻带低驻波比为1.3:1，以及，带通为35MHz-49MHz。


5.根据权利要求1所述的信号处理方法，对同频处理后的所述载波信号和所述参考信号进行处理，以获得同频处理后的所述载波...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大猛，宋云峰，宋耀东，
申请(专利权)人：余姚舜宇智能光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33