[發明專利]一種自校準光學微振動檢測方法

有效

• 申請號: 202011638199.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112816055B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 張萌穎;趙全亮;何廣平;蘇婷婷;趙磊;梁旭
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01H17/00;G01B11/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明涉及一種自校準光學微振動檢測方法，所述方法包括：獲取光柵干涉結構t時刻輸出的第0衍射級處干涉光強信號和任一奇數衍射級處干涉光強信號；根據所述第0衍射級處干涉光強信號得到第一電壓信號，根據所述任一奇數衍射級處干涉光強信號得到第二電壓信號；根據飽和幅值比例系數對所述第一電壓信號和第二電壓信號進行加權平均，得到加權平均電壓信號；根據所述加權平均電壓信號計算補償后的第一電壓信號和補償后的第二電壓信號；根據所述補償后的第一電壓信號和補償后的第二電壓信號得到一組正交電壓信號；對所述正交電壓信號進行解調運算得到待測振動位移。本發明能夠解決光干涉型檢測方法的工作點偏移問題，獲得準確的檢測結果。

技術領域

本發明涉及光學檢測領域，特別是涉及一種自校準光學微振動檢測方法。

背景技術

光學檢測方法利用光波特性可以實現高性能的傳感功能，其中光干涉型檢測方法將響應待測量產生的光相位變化轉化為相位差調制的光強變化，既利用了光相位調制方法的高靈敏度優勢，又采用較成熟的光強信號檢測，尤其適合高精度傳感技術的發展。針對當前智能傳感器在便攜設備中的廣泛應用需求，光柵干涉型檢測方法可以通過光柵耦合將高性能光干涉檢測方法引入高度集成的干涉腔檢測結構中，有利于MOEMS(微光機電系統)傳感器的實用化發展。

目前限制光干涉型微位移傳感技術實際應用的一個關鍵問題是靜態工作點的偏移問題。光干涉型檢測結構的靜態工作點處于最佳位置時可以獲得最高的靈敏度、線性度和動態范圍。但由于制造誤差和環境因素等交叉干擾，使其初始或檢測過程中的靜態工作點會偏離最佳位置，降低其檢測性能，限制了高靈敏光干涉型檢測方法的實用化發展。

為克服這一問題，現有的解決方法多集中在構建多波長或寬頻帶檢測光路系統以獲得正交檢測信號進行相位解調來避免工作點問題，這種方法有效但在檢測系統中附加了高要求的光學器件和復雜的光路設計，大大增加了檢測系統的成本和功耗，不利于大批量推廣應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種自校準光學微振動檢測方法，能夠解決光干涉型檢測方法的工作點偏移問題，獲得準確的檢測結果。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種自校準光學微振動檢測方法，所述方法包括：

獲取光柵干涉結構t時刻輸出的第0衍射級處干涉光強信號和任一奇數衍射級處干涉光強信號；

根據所述第0衍射級處干涉光強信號得到第一電壓信號，根據所述任一奇數衍射級處干涉光強信號得到第二電壓信號；

根據飽和幅值比例系數對所述第一電壓信號和第二電壓信號進行加權平均，得到加權平均電壓信號；

根據所述加權平均電壓信號計算補償后的第一電壓信號和補償后的第二電壓信號；

根據所述補償后的第一電壓信號和補償后的第二電壓信號得到一組正交電壓信號；

對所述正交電壓信號進行解調運算得到待測振動位移。

可選的，采用公式計算所述加權平均電壓信號，其中，V_a(t)為加權平均電壓信號，V₀(t)為第一電壓信號，V₁(t)為第二電壓信號，α為飽和幅值比例系數。

可選的，采用公式計算所述補償后的第一電壓信號，其中，V_0,c(t)為補償后的第一電壓信號，V₀(t)為第一電壓信號，V_a(t)為加權平均電壓信號。

可選的，采用公式計算所述補償后的第二電壓信號，其中，V_1,c(t)為補償后的第二電壓信號，α為飽和幅值比例系數，V₁(t)為第二電壓信號，V_a(t)為加權平均電壓信號。