[發明專利]數字式調頻連續波干涉激光驅動與信號處理方法及電路

在審

• 申請號: 201810833710.0
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN109115109A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 鄭剛;高明;劉衛國;張雄星;陳海濱;郭峰
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明提出一種數字式調頻連續波干涉激光驅動與信號處理方法及電路，本方法首先由微處理器用查表方法周期性地讀出驅動信號波形數據，通過DAC轉換為模擬信號,經放大電路放大后,再經壓控電流源驅動半導體激光器產生激光；然后激光經干涉儀后形成的干涉信號由光電探測器轉換為電信號，經過預處理電路濾波去除噪聲，再由ADC轉換為與驅動信號調制周期同步的周期性數字信號，最后由微處理器根據同一周期內的數字信號，通過數字鑒相算法獲取調頻干涉信號的頻率或初相位；通過一定的電路實施。本方法及電路與模擬式調頻連續波干涉激光驅動與信號處理方法及電路比較，更容易獲得激光線性調頻，避免激光器損壞，實現高精度和大動態范圍測量。

技術領域：

本發明涉及調頻連續波激光干涉測量領域，具體涉及一種數字式調頻連續波干涉激光驅動與信號處理方法及電路。

背景技術：

調頻連續波激光干涉技術是最近出現的一項激光測量新技術，它是將激光頻率以線性形式進行調制，當激光分束后，經過不同的光路傳播后再合束，會產生一個隨時間變化的拍頻干涉信號，拍頻信號頻率和初相位與兩束光的光程差有關。調頻連續波激光干涉與傳統單頻激光干涉不同，調頻連續波干涉所得拍頻干涉信號為動態信號，因此，相位的細分，相位變化方向的判別，以及整周期計數都非常容易。因此，與傳統光學干涉相比較，光學調頻連續波干涉可以提供更高的精確度和大得多的測量范圍。利用調頻連續波干涉技術，可以實現光折射率、距離、位移、速度、溫度、壓強、電場、磁場、振動幅度、角速度，甚至包括重力波等多種物理量的直接或間接測量。

對于調頻連續波干涉傳感與測量而言，其關鍵是要能夠實現對半導體激光器的線性頻率調制，以及對拍頻干涉信號頻率和初位相的準確測量，但現有的方法是采用模擬電路產生三角波或鋸齒波波形，采用模擬電路對干涉儀輸出的信號進行鑒頻鑒相，這種方法是假定干涉信號拍頻頻率不變的條件下進行，但是由于調頻連續波干涉信號的拍頻頻率是隨光程差變化而變化，只有當干涉儀的動態范圍 被限制在很小的范圍內，拍頻頻率才可以看作常數。所以采用模擬電路，不僅干涉信號的初位相測量精度低(0.1微米)，而且干涉儀的動態范圍小(30毫米)。

發明內容：

針對調頻連續波干涉測量領域現有技術的不足，本發明提出數字式調頻連續波干涉激光驅動與信號處理方法及電路。

為解決現有技術存在的問題，本發明的技術方案是：一種數字式調頻連續波干涉激光驅動與信號處理方法，采用全數字工作模式,首先由微處理器用查表方法周期性地讀出預先存儲在內存中的驅動信號波形數據，通過DAC轉換為模擬信號,經放大電路放大后,再經壓控電流源驅動半導體激光器產生激光；然后激光經干涉儀后形成的干涉信號由光電探測器轉換為電信號，經過預處理電路濾波去除噪聲，再由ADC轉換為與驅動信號調制周期同步的周期性數字信號，最后由微處理器根據同一周期內的數字信號，通過數字鑒相算法獲取調頻干涉信號的頻率或初相位。

一種數字式調頻連續波干涉激光驅動與信號處理電路，其特征在于：由微處理器、DAC、放大電路、壓控電流源電路、半導體激光器、光電探測器、光電探測預處理電路、ADC以及數據輸出電路組成，微處理器用查表方法周期性地讀出預先存儲在內存中的驅動信號波形數據，通過DAC轉換為模擬信號,經放大電路放大, 再經壓控電流源驅動半導體激光器產生激光；然后激光經干涉儀后形成的干涉信號由光電探測器轉換為電信號，經過預處理電路濾波去除噪聲，再由ADC轉換為與驅動信號調制周期同步的周期性數字信號，最后由微處理器根據對應同一調制周期干涉信號的數據，通過數字鑒相算法獲取調頻干涉信號的頻率或初相位；

所述光電探測器和預處理電路設置有兩路。

所述光電探測器和預處理電路設置有多路。

還包括用于控制半導體激光器溫度的LD溫控電路。