[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)位移重構(gòu)方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011617775.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN112747680B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董太極;高丙坤;姜春雷;王秀芳;陳朋;梁洪衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北石油大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02;G01B9/02
• 代理公司: 大慶知文知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23115
• 代理人: 李建華

一種實(shí)時(shí)位移重構(gòu)方法及裝置。主要目的在于解決現(xiàn)有自混合干涉振動(dòng)測(cè)量法基于希爾伯特變換得到兩路相位正交的自混合信號(hào)無法進(jìn)行實(shí)時(shí)位移重構(gòu)的問題。其特征在于所述方法包括如下步驟：基于激光器發(fā)射的第一光信號(hào)，以及經(jīng)第一對(duì)象返回的第二光信號(hào)，生成自混合干涉信號(hào);經(jīng)衰減片、偏振片、分光鏡、波片、偏振分光鏡得到兩路正交的自混合信號(hào);對(duì)所述兩路正交的自混合信號(hào)進(jìn)行濾波歸一化處理；然后將所述歸一化后的兩路正交的自混合信號(hào)相除，然后反正切變換，然后進(jìn)行解包裹處理，即可實(shí)時(shí)進(jìn)行位移重構(gòu)。本方法測(cè)量精度高，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行程序化處理后可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位移重構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及振動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種應(yīng)用于光學(xué)干涉儀上的實(shí)時(shí)位移重構(gòu)方法及裝置。

背景技術(shù)：

激光自混合干涉是指在激光應(yīng)用系統(tǒng)中，激光器輸出的光經(jīng)外部物體反射或散射后，其中一部分光又反饋回激光器的諧振腔。反饋光攜帶了外部物體的信息，與腔內(nèi)的光混合后，調(diào)制激光器的輸出功率及頻率，形成激光自混合干涉。與傳統(tǒng)的光干涉相比，利用激光自混合干涉對(duì)振動(dòng)源信息的測(cè)量具有光路簡(jiǎn)單、易于準(zhǔn)直、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，激光自混合干涉測(cè)量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、距離、速度和激光參數(shù)的測(cè)量。

在現(xiàn)有激光自混合位移測(cè)量技術(shù)中，通常采用兩種方式來進(jìn)行位移重構(gòu)，第一種為外腔相位調(diào)制法，該方法需要在外腔中引入電光調(diào)制器，導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本大大增加。第二種為采用解調(diào)算法來對(duì)目標(biāo)振動(dòng)物體進(jìn)行位移重構(gòu)，在重構(gòu)位移過程中，需要人為對(duì)信號(hào)進(jìn)行選點(diǎn)處理，導(dǎo)致重構(gòu)誤差較大，實(shí)時(shí)性不好。例如基于兩束正交信號(hào)的正交解調(diào)方法，通過反正切變換重建外部目標(biāo)物體的振動(dòng)。但是現(xiàn)有技術(shù)中，為了得到兩束相位正交的自混合信號(hào)，需要復(fù)雜的算法對(duì)采集的自混合信號(hào)進(jìn)行處理，較為典型的方法就是基于希爾伯特變換的自混合干涉振動(dòng)測(cè)量法，但是這種方法需要手動(dòng)進(jìn)行反相點(diǎn)的選擇，一方面在反向點(diǎn)的選擇上不夠精確，導(dǎo)致該方法在重構(gòu)位移時(shí)在峰值點(diǎn)處重構(gòu)誤差較大，另一方面，無法實(shí)現(xiàn)將所有處理程序集成到軟件中，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)位移重構(gòu)，實(shí)時(shí)性差，很難實(shí)現(xiàn)振動(dòng)位移的實(shí)時(shí)性測(cè)量。現(xiàn)有技術(shù)中采用的算法都較為復(fù)雜，同時(shí)對(duì)信號(hào)質(zhì)量要求較高，若反向點(diǎn)處信號(hào)質(zhì)量較差，則會(huì)導(dǎo)致重構(gòu)誤差變大。此外，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行希爾伯特變換時(shí)，希爾伯特變換針對(duì)的為無限長(zhǎng)序列，而應(yīng)用在有限長(zhǎng)序列時(shí)，也會(huì)帶來一定的誤差。綜上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，如果不應(yīng)用昂貴的外部設(shè)備來重構(gòu)位移，重構(gòu)誤差較大，而采用昂貴的外部設(shè)備重構(gòu)位移的成本則較高。

發(fā)明內(nèi)容：

為了解決背景技術(shù)中所提到的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實(shí)時(shí)位移重構(gòu)方法及裝置，本種實(shí)時(shí)位移重構(gòu)方法及裝置采用非接觸檢測(cè)的方式，不會(huì)對(duì)物體表面造成損傷，而且是一種能夠?qū)崟r(shí)在線測(cè)量的低成本位移重構(gòu)方法，適用于任意波振動(dòng)位移重構(gòu)，同時(shí)通過精確定位相位跳變點(diǎn)，提高了位移測(cè)量精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是一種實(shí)時(shí)位移重構(gòu)方法，包括如下步驟：

第一步，分別配置激光器1、準(zhǔn)直透鏡2、衰減片3、線偏振片4、振動(dòng)源5、分光鏡6、四分之一波片7、偏振分光鏡8、第一光電探測(cè)器9、第二光電探測(cè)器10、數(shù)據(jù)采集卡11以及電腦主機(jī)12；

本步驟所述分別配置即按照如下方式進(jìn)行：

將所述激光器配置為：激光器的輸出為波長(zhǎng)λ＝650nm的紅光，輸出功率為5mW，工作電流為24mA,可在驅(qū)動(dòng)電流作用下發(fā)射第一光信號(hào)，所述第一光信號(hào)經(jīng)第一對(duì)象反射后返回激光腔形成第二光信號(hào)，所述第一對(duì)象為目標(biāo)振動(dòng)物體，即振動(dòng)源，所述第一光信號(hào)和第二光信號(hào)生成自混合干涉信號(hào)；

將所述準(zhǔn)直透鏡配置為：可見光式準(zhǔn)直透鏡，與激光器相匹配，適用于可見光波段380nm-780nm的光源，準(zhǔn)直透鏡將所述激光器發(fā)出的發(fā)散光變成準(zhǔn)直光；

將所述衰減片配置為：可調(diào)式衰減片，與激光器相匹配，以使得通過所述衰減片使光反饋強(qiáng)度處于弱反饋水平，所述弱反饋水平定義為：反饋系數(shù)C≈0,采集到的自混合干涉信號(hào)為類正弦信號(hào)；