一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法技术

本发明专利技术公开了一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法，属于干涉测量技术领域，包括对被测点振动有关的相位差进行带通滤波后即可得到气固界面声波。本发明专利技术能够准确计算载波相位调制度和相位延迟，该算法通过载波相位延迟估计算法得到θ

【技术实现步骤摘要】
一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法


[0001]本专利技术涉及干涉测量的
，尤其涉及一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法。

技术介绍

[0002]目前的技术发展而言，激光干涉技术是最优的非接触气固界面声波探测手段。气固界面声波的振幅非常微弱，往往只有几个纳米。要实现被测位移纳米级的分辨力，干涉信号的相位解调是必要的；而要实现干涉信号的相位解调，则必须获得正交的干涉信号对。目前有3种获取正交干涉信号对的方法：由外差干涉仪输出信号经过特定算法处理得到；由单频激光干涉仪经过偏振器件分光得到；由正弦相位调制干涉仪输出信号经过特定算法处理得到。前两种方法受到器件偏振泄漏的影响，使相位解调产生难以消除的非线性误差。越来越多的学者开始关注正弦相位调制单频激光干涉仪，利用PGC
‑
DCM算法或者PGC
‑
Arctan算法便能够实现干涉信号的相位解调。但是，由于固体界面并不是理想的反射面，它使干涉信号强度发生功率起伏变化，这导致干涉信号对的幅值发生起伏变化，使得相位调制深度和载波相位延迟引起的解调结果的非线性误差大。

技术实现思路

[0003]针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法，包括：
[0005]假设相位调制的载波调制深度为C，载波频率为ω
c
，且所述载波为正弦波；
[0006]根据迈克尔逊干涉仪的原理，获得干涉信号I
s
(t)；
[0007]利用贝塞尔恒等式和三角函数公式将所述干涉信号I
s
(t)分解，使得所述干涉信号分解为各次谐波项之和；
[0008]根据FFT算法，可得所述干涉信号中各个频率分量的幅值；
[0009]根据干涉信号中频率为Nω
n
、(Nω
n
+ω
c
)、(Nω
n
+2ω
c
)以及(Nω
n
+3ω
c
)，定义衰减比，所述衰减比为所述载波调制深度为C的函数；
[0010]通过查表法确定所述调制深度C的值；
[0011]将所述干涉信号I
s
(t)中直流分量通过交流耦合采样方法滤除，并用一倍频载波信号和二倍频载波信号与所述干涉信号进行混频，再经过低通滤波后，得到正交干涉信号对：
[0012]利用90
°
移相的一倍频载波信号与所述干涉信号I
s
(t)混频、低通滤波后，可得信号；
[0013]根据所述信号和所述正交干涉信号对，可得所述载波相位延迟θ
c
的值；
[0014]根据得到的所述调制深度C的值和所述载波相位延迟θ
c
的值，对所述正交干涉信
号对进行归一化处理，得到所述干涉条纹可见度系数I1：
[0015]根据所述调制深度C的值、所述载波相位延迟θ
c
的值和所述干涉条纹可见度系数I1的值，得到被测点振动有关的相位差
[0016]对所述被测点振动有关的相位差进行带通滤波后，得到气固界面声波。
[0017]优选的是，根据迈克尔逊干涉仪的原理，获得干涉信号I
s
(t)为：
[0018][0019]其中，I0为与直流分量；I1为干涉信号的交流分量的幅值；I1/I0为干涉条纹可见度；为被测点振动有关的相位差。
[0020]优选的是，利用贝塞尔恒等式和三角函数公式将所述干涉信号I
s
(t)分解，使得所述干涉信号分解为各次谐波项之和为：
[0021][0022]其中，J表示贝塞尔函数，J
n
为n阶贝塞尔函数；
[0023]利用贝塞尔恒等式对上述中和进一步分解，使得所述干涉信号分解为各次谐波项之和，所述干涉信号中频率为ω分量的幅值记为A(ω)。
[0024]优选的是，所述干涉信号中频率为Nω
n
的分量幅值以及其经过2ω
c
频移动后的幅值为：
[0025][0026]其中，C
n
为所述干涉信号中低频环境扰动的调制深度，C
n
＝2kA
n
；C
a
为所述干涉信号中气固界面声波的相位调制深度，C
a
＝2kD
a
；
[0027]所述干涉信号中频率为Nω
n
+ω
c
的分量幅值以及其经过2ω
c
频移动后的幅值为：
[0028][0029]所述干涉信号中频率为Nω
n
、(Nω
n
+ω
c
)、(Nω
n
+2ω
c
)以及(Nω
n
+3ω
c
)的有效频率分量个数为N
e
，则
[0030][0031]衰减比R
a2
为：
[0032][0033]优选的是，所述正交干涉信号对：
[0034][0035]其中，θ
c
为载波相位延迟。
[0036]优选的是，所述信号：
[0037][0038]使得所述θ
c
为：
[0039][0040]优选的是，对所述正交干涉信号对进行归一化处理步骤包括：
[0041]对所述正交干涉信号对中Q(t)信号除以J1(C)cosθ
c
，I(t)信号除以J2(C)cos2θ
c
，进而得到处理后的正交干涉信号对：
[0042][0043]则
[0044]优选的是，通过高通滤波可提取出被测气固界面声波2kD
a
(t)的值。
[0045]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0046]本专利技术能够准确计算载波相位调制度和相位延迟，该算法通过载波相位延迟估计算法得到θ
c
和通过相位调制深度估计算法得出调制深度C，利用载波相位延迟和相位调制深度对正交干涉信号对进行预归一化处理，显著减少了由于相位调制深度和载波相位延迟引起的解调结果的非线性误差。
附图说明
[0047]图1是本专利技术中解调方法的流程框架图；
[0048]图2是本专利技术中调制深度C与衰减比关系图。
具体实施方式
[0049]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法，其特征在于，包括：假设相位调制的载波调制深度为C，载波频率为ω
c
，且所述载波为正弦波；根据迈克尔逊干涉仪的原理，获得干涉信号I
s
(t)；利用贝塞尔恒等式和三角函数公式将所述干涉信号I
s
(t)分解，使得所述干涉信号分解为各次谐波项之和；根据FFT算法，可得所述干涉信号中各个频率分量的幅值；根据干涉信号中频率为Nω
n
、(Nω
n
+ω
c
)、(Nω
n
+2ω
c
)以及(Nω
n
+3ω
c
)，定义衰减比，所述衰减比为所述载波调制深度为C的函数；通过查表法确定所述调制深度C的值；将所述干涉信号I
s
(t)中直流分量通过交流耦合采样方法滤除，并用一倍频载波信号和二倍频载波信号与所述干涉信号进行混频，再经过低通滤波后，得到正交干涉信号对：利用90
°
移相的一倍频载波信号与所述干涉信号I
s
(t)混频、低通滤波后，可得信号；根据所述信号和所述正交干涉信号对，可得所述载波相位延迟θ
c
的值；根据得到的所述调制深度C的值和所述载波相位延迟θ
c
的值，对所述正交干涉信号对进行归一化处理，得到所述干涉条纹可见度系数I1：根据所述调制深度C的值、所述载波相位延迟θ
c
的值和所述干涉条纹可见度系数I1的值，得到被测点振动有关的相位差对所述被测点振动有关的相位差进行带通滤波后，得到气固界面声波。2.如权利要求1所述的正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法，其特征在于，根据迈克尔逊干涉仪的原理，获得干涉信号I
s
(t)为：其中，I0为与直流分量；I1为干涉信号的交流分量的幅值；I1/I0为干涉条纹可见度；为被测点振动有关的相位差。3.如权利要求2所述的正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法，其特征在于，利用贝塞尔恒等式和三角函数公式将所述干涉信号I
s
(t)分解，使得所述干涉信号分解为各次谐波项之和为：其中，J表...

【专利技术属性】
技术研发人员：张烈山，余紫扬，李昕聪，杨帅旗，钟晨，余箫，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：