[發明專利]半導體激光自混合干涉測振儀

無效

• 申請號: 200910030093.1
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN101539454A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 王鳴;張小元;岳邦強
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 程化銘

技術領域

本發明涉及振動精密測量儀器，準確地說是一種半導體激光自混合干涉測振儀。

背景技術

測振儀系統常應用于航天航空，汽車，機械電子產品振動測量。測振儀主要有兩大類型：接觸式壓電傳感測振儀和非接觸式光學傳感測振儀。

接觸式壓電傳感測振儀其主要原理是壓電效應，石英晶體和人工極化陶瓷(PZT)把振動信號轉換成電信號，通過對電信號的處理分析，顯示出振動的加速度、速度、位移值。如：北京時代TV110測振儀，測量范圍：位移，0.001～1.999mm(峰-峰值)，頻率范圍：位移，10Hz～500Hz。接觸式測振儀的缺點是測量對象范圍有限，無法測量測振儀接觸不到的振動物體。

非接觸的光學傳感測振儀主要原理是多普勒干涉、系統利用激光多普勒效應把振動信號轉換成多普勒頻率信號。通過對多普勒頻率信號的處理分析，顯示出振動的加速度、速度、位移值。例如，美國MetroLaser公司的VibroMet500V測振儀，振動頻率范圍為0Hz-20kHz，振動幅度范圍為0.1nm-10mm。多普勒測振儀的缺點是光路中需要許多光學元器件，結構復雜，體積較大。

已有方法的缺點是難以做出體積小、結構緊湊、價格低、精度高、可以非接觸測量的測振儀。

發明內容

本發明的目的是提供一種測量振動信息的半導體激光自混合干涉測振儀，利用光反饋效應產生的激光自混合干涉測量物體振動。

發明原理：

激光自混合干涉是指在激光應用系統中，激光器輸出的光被外部物體反射或散射后，其中一部分光由反饋回激光器的諧振腔，反饋光攜帶外部物體振動的信息，與激光腔內的光相混合后，發生干涉現象，因輸出的光信號與傳統的雙光束干涉有相似之處，故被稱之為自混合干涉。

三角波電流源驅動半導體激光器，當注入電流被三角波調制時，半導體激光器的輸出光強是光反饋產生的共振與調制產生的強度迭加。去掉線性調制分量，就獲得周期性的光反饋共振信號。光反饋共振信號隨外部腔長變化，靶鏡5移動半個波長(λ/2)時，光反饋共振信號會產生明顯突變，光電探測器得到的三角波信號上升沿和下降沿的突變信號數目會有差別。用微分方法得到上升沿和下降沿的自混合模跳信號，然后將每個調制周期內的下降沿的模跳信號數目減去上升沿的模跳信號數目，最后把多個三角波周期的差值做累加處理，再乘以固定系數就可以恢復出振動波形，從而得到振動的頻率、振幅。差值的正負極性表示物體的運動方向。

基于上述發明原理，本發明半導體激光自混合測振儀，包括光學系統和電學系統；

所述光學系統，由同光軸地依次設置的光電探測器、半導體激光器、準直透鏡和靶鏡構成；

所述電學系統由信號源電路、信號預處理電路，A/D轉換電路(模數轉換電路)，DSP數據處理單元和輸出終端構成；

所述信號源電路，由三角波信號源和電流調制電路構成；

三角波信號源產生三角波信號，經過電流調制電路后對半導體激光器進行電流調制；半導體激光器發出的激光經過準直透鏡后變為平行光，該平行光入射到靶鏡上，部分光返回激光腔內，反饋光攜帶外部物體的信息，與激光腔內的光相混合后，發生干涉現象，稱為自混合光；自混合光強由光電探測器檢測出且轉換為對應的電流信號，經過信號預處理電路(解調電路)首先轉換為電壓信號，再微分為以方波為基波，疊加突變的信號；該信號經過A/D轉換電路轉換為數字信號，最后由DSP數據處理單元(數字信號處理電路)處理，由輸出終端輸出結果。

本發明不需要傳統激光干涉儀的分束器和參考鏡等輔助光學元件，裝置易準直，結構簡單緊湊，成本低廉。

附圖說明

圖1是本發明半導體激光自混合測振儀光學系統示意圖；

圖2是本發明半導體激光自混合測振儀電學系統框圖；

圖3是本發明DSP數據處理單元框圖；

圖4是本發明DSP數據處理軟件框圖；其中，a圖是采集處理軟件流程圖；b圖是中斷處理流程框圖；

圖5是信號預處理電路電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明作進一步詳細說明。

實施例：

本實施例采用正弦波電壓做為驅動，為了方便定標和驗證測量結果，被測物體為揚聲器。