[實用新型]一種新型高精度外差激光測振儀

有效

• 申請號: 201220124814.2
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN202614366U
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 劉愛東;于梅;楊麗峰;左愛斌;馬明德
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 謝建云;劉鵬

技術領域

本實用新型涉及激光干涉測量領域，尤其涉及利用多普勒原理來測量被測對象的運動信息的外差激光測振儀。

背景技術

目前，外差激光測振儀廣泛應用于針對運動物體的測量，尤其是應用于振動測量領域中。外差激光測振儀一般利用多普勒原理進行測量。圖1示出了根據現有技術的外差激光測振儀100的示意圖。如圖1所示，外差激光測振儀100在整體上可以分為兩個部分，即光學部件部分110和信號處理部分120。一般而言，光學部件部分110包括對被測物體130進行測量所需的光學部件，并輸出測量所獲得的電信號來由信號處理部分120來進行信號處理，以獲得有關被測物體130的各種運動信息，尤其是振動信息。

具體而言，在光學部件部分110中，激光源1110發射的光被偏振分光鏡1120分為參考光和測量光。測量光通過聚焦透鏡組1130而聚焦在被測物體130上，當被測物體130運動時，會產生一個頻移Δf。為了確定被測物體130的振動方向，在參考光的光路中使用由晶振單元1140生成的頻率為f_d的晶振信號來驅動聲光調制器1150（例如為布拉格盒）來對參考光進行移頻。從被測物體130返回的測量光在偏振分光鏡1160處與帶有頻率偏移量f_d的參考光進行干涉，干涉光由光電接收器1170進行光電轉換，并因此向信號處理部分120輸出包含頻率分量(f_d+Δf)的調制電信號U₁，即????????????????????????????????????????????????。

在信號處理部分120中，為了便于數據采集，需要對所接收的電信號進行降頻解調。為此，首先在混頻器1210中，將該電信號U₁與具有一定頻率f_l的外部振蕩信號進行混頻。隨后在低通濾波器1220中進行低通濾波來去除高頻部分，從而得到信號調制在低頻信號上的載波信號，即。在低頻信號上的載波信號U隨后經由A/D數據采集器1230轉換為數字信號，并接著在數字運算單元1240中進行數字運算處理，從而獲得有關被測物體130的振動的速度，加速度、位移等物理參數。有關數字運算單元1240中進行的數字運算處理，可以參見國際標準ISO16063-II部分的具體內容，該內容通過引用在此全部并入，并不在進行贅述。

應當注意的是，在現有技術的外差激光測振儀100中，存在有兩個參考頻率，一個為在光學部件部分110中用于對參考光進行頻移時的晶振信號的調制頻率f_d，另一個為在信號處理部分120中電信號要與之進行混頻的外部震蕩信號U₂的頻率f_l。這兩個信號分別由兩個晶振驅動，而晶振會受到環境因素如溫度、磁場等的影響，所以這兩個信號的振蕩頻率實際上存在變化，即分別為f_d+與，f_l+。因此由光電接收器1170輸出的電信號為，而外部振蕩信號為。而低頻載波信信號則并變成為：。從中可以看出，這兩個變化和會給測量結果Δf帶來誤差，Δf隨著速度的減小會減小，當Δf與（）接近時，這種誤差影響因素變大，從而使得現有的外差激光測振儀測量誤差變大。

另外，由于Δf是隨速度而發生變化的量，但是其卻載波在一個固定帶寬頻率（f_l-f_d）的信號上，也就是說，對于同樣采樣頻率的AD數據采集，不論Δf如何變化，分辨率是固定的。因此，當由于速度較低而導致Δf較小時，現有的外差激光測振儀會存在測量精度不高的問題。

因此，希望提供一種可以進一步提高外差激光測振儀的測量精度，并且使得外差激光測振儀可以良好地應用于低頻振動對象測量等領域的新的外差激光測振儀。

實用新型內容

為此，本實用新型提出了一種可以解決或者緩解上述問題的至少一部分的新的外差激光測振儀。

根據本實用新型的一個方面，提供了一種外差激光測振儀，包括光學部件，適于利用激光來生成干涉光，其中該干涉光具有與由于多普勒效應而導致的第一頻移和參考光被頻移的第二頻率值相關的頻率分量；光電轉換器，配置為將干涉光轉換為電測量信號；混頻器，被配置為將電測量信號與具有第三頻率的外部振蕩信號進行混頻以獲得混頻信號；數字轉換器，被配置為將所述混頻信號轉換為數字信號；數字運算單元，被配置為對所述數字信號進行數字運算以獲得有關被測對象的振動信息。