[實(shí)用新型]一種多點(diǎn)式激光多普勒測振系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420384230.8
• 申請(qǐng)日: 2014-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN203929213U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋大林;蔣明;趙一菲;許秉時(shí);韓浚源;王雷;張昭;牛建民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 公安部第一研究所;北京中盾安全技術(shù)開發(fā)公司
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 北京中海智圣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11282
• 代理人: 李大為

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種多點(diǎn)式激光多普勒測振系統(tǒng)，屬于光學(xué)精密測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光學(xué)干涉測振方法具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，包括非接觸、易隱藏、高精度和高靈敏度等，在生產(chǎn)和研究中獲得了廣泛的應(yīng)用和關(guān)注。

從技術(shù)原理上，光學(xué)干涉測振大體上可以分為兩大類，一類是基于圖像采集系統(tǒng)的全場干涉測量法，另一類是基于光電探測器(Photodetector)的激光多普勒測振法(Laser Doppler Vibrometry)。全場測量法包括全息干涉法(Holographic Interferometry)、數(shù)字散斑干涉法(Speckle Interferometry)等。隨著高速CCD(Charge-coupled Device)相機(jī)的發(fā)展，全場測量法在實(shí)時(shí)振動(dòng)測量領(lǐng)域受到了日益廣泛的關(guān)注，但受奈奎斯特采樣定律(Nyquist Sampling Theorem)所限，這種方法對(duì)位移或者速度的測量范圍仍然較低，探測效果不夠理想。此外，高速陣列探測器造價(jià)昂貴、靈敏度低、作用距離短、后端解調(diào)電路復(fù)雜。采用光電探測器的激光多普勒測振方法，由于光電探測器的時(shí)間采樣率遠(yuǎn)高于CCD相機(jī)，通常超過1GHz，具有更寬泛的振動(dòng)速度測量范圍和更高的靈敏度。并且可以通過聲光調(diào)制外差技術(shù)，過濾掉干涉背景和各種低頻噪聲，使設(shè)備能夠在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定工作。另外，光纖式的光路結(jié)構(gòu)使其體積小巧、易于攜帶、成本低廉。

然而，傳統(tǒng)的多普勒測振方式只能進(jìn)行單點(diǎn)測量，無法像全場測量方式那樣獲取目標(biāo)表面多點(diǎn)的振動(dòng)信息。為解決這一問題，出現(xiàn)了掃描式及多通道式的激光多普勒測振儀。掃描式測振儀通過在待測物體上快速移動(dòng)測量點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量功能，但整個(gè)掃描過程中，需要假定物體的狀態(tài)維持不變，因此它只適合穩(wěn)態(tài)的振動(dòng)，然而大多數(shù)的工程測量并不滿足這一要求，如沖擊載荷作用下的瞬態(tài)振動(dòng)、耦合振動(dòng)等，這使得其應(yīng)用范圍受到限制。多通道激光多普勒測振儀通過集成多個(gè)單點(diǎn)多普勒測振儀來實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量。與多通道激光多普勒測振儀最為接近的已有技術(shù)是專利CN201310253021.X，如圖2所示。它需要多個(gè)光探測器來同時(shí)完成測量，但多個(gè)探測器之間的響應(yīng)必須同步，如何做到同步響應(yīng)仍然有待更好地解決。

為了克服上述系統(tǒng)的缺點(diǎn)，特設(shè)計(jì)一種使用單探測器的多點(diǎn)式激光多普勒測振系統(tǒng)，同步實(shí)時(shí)解調(diào)不同測量點(diǎn)的振動(dòng)信息，避免了掃描式測振儀的實(shí)時(shí)性問題以及多通道式測振儀的響應(yīng)同步問題，且體積小巧、成本低廉。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的克服現(xiàn)有技術(shù)中多點(diǎn)多普勒測振方式的缺點(diǎn)，將一束激光分成多束來作為不同測量點(diǎn)的入射光，然后用多個(gè)聲光調(diào)制器給這若干束激光分別加上不同的附加頻移，并通過頻率域處理將多點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)單一探測器同時(shí)解調(diào)多點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：提供一種多點(diǎn)式激光多普勒測振系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括依次設(shè)置的激光器、光纖、光纖耦合器、聲光調(diào)制器、第一準(zhǔn)直鏡組、第一分光鏡和可調(diào)擴(kuò)束鏡，在第一準(zhǔn)直鏡組的一側(cè)設(shè)有第二準(zhǔn)直鏡，在第一分光鏡的一側(cè)設(shè)有第二分光鏡，第二準(zhǔn)直鏡與第二分光鏡同軸設(shè)置，其中第一分光鏡與第二分光鏡呈反方向傾斜設(shè)置；在第二分光鏡的一側(cè)設(shè)有匯聚透鏡、光電探測器，光電探測器的輸出端與解調(diào)電路連接。

其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述聲光調(diào)制器設(shè)有若干個(gè)，且相互平行設(shè)置；在所述第一準(zhǔn)直鏡組內(nèi)設(shè)有與聲光調(diào)制器的數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的第一準(zhǔn)直鏡。

優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述第一分光鏡與第二分光鏡相對(duì)于垂直面的傾斜角度為45°、135°。

優(yōu)選的技術(shù)方案還有，所述激光器為發(fā)射窄線寬激光信號(hào)的激光器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：該多點(diǎn)式激光多普勒測振系統(tǒng)具有使用單一探測器，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)多點(diǎn)同步振動(dòng)測量的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)將一束激光分成多束作為不同測量點(diǎn)的入射光，然后用多個(gè)聲光調(diào)制器給這若干束激光分別加上不同的附加頻移，并通過頻率域處理將多點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行分離，避免了掃描式測振儀的實(shí)時(shí)性問題以及多通道式測振儀的探測器響應(yīng)同步問題，且體積小巧、成本低廉、機(jī)動(dòng)靈活，能夠有效實(shí)現(xiàn)非接觸、遠(yuǎn)距離、高精度、納米量級(jí)的振動(dòng)測量，特別適于聲學(xué)、航空航天、地雷勘探、質(zhì)量檢測、醫(yī)療、爆炸研究等領(lǐng)域的推廣。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種多點(diǎn)式激光多普勒測振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式