一种新型高精度外差激光测振仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种外差激光测振仪，其包括光学部件，适于利用激光来生成干涉光，其中干涉光具有与由于多普勒效应而导致的第一频移和参考光被频移的第二频率值相关的频率分量；光电转换器，配置为将干涉光转换为电测量信号；混频器，被配置为将电测量信号与具有第三频率的外部振荡信号进行混频以获得混频信号；数字转换器，被配置为将所述混频信号转换为数字信号；数字运算单元，被配置为对所述数字信号进行数字运算以获得有关被测对象的振动信息；鉴频器，其耦接到数字转换器，从而从数字信号中鉴别出第一频移，而外部振荡信号基于鉴频器所鉴别出的第一频移而生成。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及激光干涉测量领域，尤其涉及利用多普勒原理来测量被测对象的运动信息的外差激光测振仪。
技术介绍
目前，外差激光测振仪广泛应用于针对运动物体的测量，尤其是应用于振动测量领域中。外差激光测振仪一般利用多普勒原理进行测量。图I示出了根据现有技术的外差激光测振仪100的示意图。如图I所示，外差激光测振仪100在整体上可以分为两个部分，即光学部件部分110和信号处理部分120。一般而言，光学部件部分110包括对被测物体130进行测量所需的光学部件，并输出测量所获得的电信号来由信号处理部分120来进行信号处理，以获得有关被测物体130的各种运动信息，尤其是振动信息。具体而言，在光学部件部分110中，激光源1110发射的光被偏振分光镜1120分为参考光和测量光。测量光通过聚焦透镜组1130而聚焦在被测物体130上，当被测物体130运动时，会产生一个频移Af。为了确定被测物体130的振动方向，在参考光的光路中使用由晶振单元1140生成的频率为fd的晶振信号来驱动声光调制器1150(例如为布拉格盒)来对参考光进行移频。从被测物体130返回的测量光在偏振分光镜1160处与带有频率偏移量fd的参考光进行干涉，干涉光由光电接收器1170进行光电转换，并因此向信号处理部分120输出包含频率分量(fd+Af)的调制电信号U1, SPCZ1 = U0i cos。在信号处理部分120中，为了便于数据采集，需要对所接收的电信号进行降频解调。为此，首先在混频器1210中，将该电信号U1与具有一定频率&的外部振荡信号U2 = υα2 ο5进行混频。随后在低通滤波器1220中进行低通滤波来去除高频部分，从而得到信号调制在低频信号上的载波信号，即U =广力-Δ/> + Φ0]。在低频信号上的载波信号U随后经由A/D数据采集器1230转换为数字信号，并接着在数字运算单元1240中进行数字运算处理，从而获得有关被测物体130的振动的速度，加速度、位移等物理参数。有关数字运算单元1240中进行的数字运算处理，可以参见国际标准IS016063-II部分的具体内容，该内容通过引用在此全部并入，并不在进行赘述。应当注意的是，在现有技术的外差激光测振仪100中，存在有两个参考频率，一个为在光学部件部分110中用于对参考光进行频移时的晶振信号的调制频率fd，另一个为在信号处理部分120中电信号要与之进行混频的外部震荡信号U2的频率f\。这两个信号分别由两个晶振驱动，而晶振会受到环境因素如温度、磁场等的影响，所以这两个信号的振荡频率实际上存在变化，即分别为fd+Γ与，因此由光电接收器1170输出的电信号为 Tj1 — U01 cos，而外部振汤 f目号为 U1 — Uai cos。而低频载波信信号则并变成为^ ++ 从中可以看出，这两个变化Γ和f"会给测量结果Af带来误差，Af随着速度的减小会减小，当Af与(Γ-Γ1)接近时，这种误差影响因素变大，从而使得现有的外差激光测振仪测量误差变大。另外，由于Af是随速度而发生变化的量，但是其却载波在一个固定带宽频率(fx-fd)的信号上，也就是说，对于同样采样频率的AD数据采集，不论Λ f如何变化，分辨率是固定的。因此，当由于速度较低而导致Af较小时，现有的外差激光测振仪会存在测量精度不高的问题。因此，希望提供一种可以进一步提高外差激光测振仪的测量精度，并且使得外差激光测振仪可以良好地应用于低频振动对象测量等领域的新的外差激光测振仪。
技术实现思路
为此，本技术提出了一种可以解决或者缓解上述问题的至少一部分的新的外差激光测振仪。 根据本技术的一个方面，提供了一种外差激光测振仪，包括光学部件，适于利用激光来生成干涉光，其中该干涉光具有与由于多普勒效应而导致的第一频移和参考光被频移的第二频率值相关的频率分量；光电转换器，配置为将干涉光转换为电测量信号；混频器，被配置为将电测量信号与具有第三频率的外部振荡信号进行混频以获得混频信号；数字转换器，被配置为将所述混频信号转换为数字信号；数字运算单元，被配置为对所述数字信号进行数字运算以获得有关被测对象的振动信息。根据本技术的外差激光测振仪还包括鉴频器，其耦接到数字转换器，从而从数字信号中鉴别出第一频移，而外部振荡信号基于鉴频器所鉴别出的第一频移而生成。由于混频器混频时采用的外部振荡信号的频率和第一频移相关，因此，混频后的低频部分不再是一个固定带宽频率，而是随着第一频移的变化而变化，这样，就可以在由于被测对象速度过低而导致第一频移较小时，仍然可以提供较高的采样分辨率，从而提高了测量精度。可选地，根据本技术的外差激光测振仪还包括本振信号发生器，被配置为接收鉴频器鉴别出的第一频移以及具有第二频率的晶振信号来生成第三频率的外部振荡信号，其中第三频率的值被设置为第一频移和预定系数的乘积与第二频率之和，而预定系数为大于I的预设值。可选地，在外差激光测振仪中，光学部件包括第一分光仪，被配置为将激光源生成的激光束分为参考光和测量光；物镜，被配置为将测量光投射到具有被测对象上并接收从被测对象反射的测量光；声光调制器，由具有第二频率的晶振信号驱动来对所述参考光进行频移；以及第二分光仪，被配置为对由物镜接收的反射测量光和由声光调制器频移后的参考光进行干涉以生成干涉光。可选地，根据本技术的外差激光测振仪还包括晶振源，用于提供具有第二频率的晶振信号，其中该具有第二频率的晶振信号被同时提供给光学部件和本振信号发生器。由于在光学部件中对参考光进行频移的晶振信号和本振信号发生器所采用的晶振信号来自同一个晶振源，由混频器混频而产生的混频信号的低频分量中，对参考光进行频移而引入的外部频率干扰和外部振荡信号中的频率干扰可以相互抵消，从而进一步提高了外差激光测振仪的测量精度。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中图I示意性地示出了现有技术中的外差激光测振仪100的示意图；以及图2示意性地示出了根据本技术实施例的外差激光测振仪200的示意图。具体实施方式以下结合附图和具体的实施方式对本技术作进一步的描述。图2示意性地示出了根据本技术一个实施例的外差激光测振仪200的示意图。在图2中，与图I所示的现有技术中的外差激光测振仪100的部件相同或者类似的部件以相同或者类似的方式示出，并且不再进行进一步详细描述。如图2所示，类似于图I所示的现有外差激光测振仪，外差激光测振仪200在整体上可以分为光学部件部分210和信号处理部分220。光学部件部分210包括用于生成激光束的激光源2110、利用激光源2110生成的激光束来对被测对象230进行外差干涉测量的光学组件2120、以及将光学组件所生成的干涉光进行光学转换以获得电信号的光电转换器2130。光学组件2120具有和图I中记载的相应光学部件类似的部件。如外差激光干涉测量所要求的那样，光学组件可以将所生成的激光束分为参考光和测量光，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外差激光测振仪，其特征在于包括:激光源，被配置为生成激光束；光学组件，被配置为将所生成的激光束分为参考光和测量光，将测量光投射到被测对象上并接收从被测对象反射的、具有第一频移的测量光，将参考光频移达第二频率值，随后对从被测对象反射的测量光和频移了的参考光进行干涉以生成干涉光；光电转换器，被配置为将所述干涉光转换为电测量信号；混频器，耦接到所述光电转换器并被配置为将所述电测量信号与具有第三频率的外部振荡信号进行混频以获得混频信号；数字转换器，耦接到所述混频器并被配置为将所述混频信号转换为数字信号；以及数字运算单元，耦接到所述数字转换器并被配置为对所述数字信号进行数字运算以获得有关被测对象的振动信息，以及鉴频器，耦接到所述数字转换器，以从所述数字信号中鉴别出所述第一频移，其中所述外部振荡信号基于所鉴别出的第一频移而生成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱东，于梅，杨丽峰，左爱斌，马明德，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：