[发明专利]一种用于振动检测的调制解调系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动检测技术领域，尤其涉及一种用于振动检测的调制解调系统及方法。

背景技术

随着激光多普勒测振技术的飞速发展，它已具有通常方法无法达到的精度和灵敏度，并且可以远距离、非接触的测量各种微弱振动目标的运动速度及微小变化。激光多普勒测振技术的高精度，抗干扰能力强，是获得高精度振动测量的有力技术手段。

激光多普勒测振技术的发展，不仅取决于激光技术本身的长期发展，同时还取决于各种新方法的产生和器件的快速发展。激光多普勒的振动检测方法对实现有效振动检测起到至关重要的作用。

多普勒相干测振原理是系统发出相干激光束照射到被检测物体表面，表面振动导致到达物体表面的信号光发生多普勒频移。通过相干检测的方法可以测量多普勒频移，从而获得物体振动的速度，振幅，频率等，从方式上可分为零差检测和外差检测两种。外差检测中，将频率为f_s的激光多普勒信号与经过声光调制器产生固定频移f+f_M的变化的参考光发生混频。探测器输出差频为：Δf_D＝f+f_M-f_s，再由高通滤波消除直流漂移，鉴频后获得多普勒频移。

外差检测是利用载波技术将参考光转换成相位调制信号进行测量，提高了光电信号的信噪比，具有抗干扰能力强，测量速度高，易于实现高测量分辨力等特点，因而在高精密测量中一般采用外差检测的方式。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于提供一种用于振动检测的调制解调系统及方法，该方法利用PZT产生的固定调相法进行调制，通过此方法可以测量出物体表面的微小振动，具有高精度、非接触、频率响应快等显著特点。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种用于振动检测的调制解调系统，该系统包括振动测量的光路系统部分和后期振动信号解调部分，利用该振动测量的光路系统部分中的PZT驱动电源对PZT产生的固定角频率ω₀振动，从而实现对参考光进行相位调制，调制后的参考光与载有振动信息的信号光发生拍频，通过该后期振动信号解调部分对拍频信号的解调来检测物体表面的微小振动。

上述方案中，所述振动测量的光路系统部分包括He-Ne激光器1、分光棱镜2、全反射镜3、PZT 4、光学天线5、振动物体6、PZT驱动电源7和光电探测器8，其中：

He-Ne激光器1发射出激光经过分光棱镜2变成两束激光，其中透过分光棱镜2的一路为信号光，该信号光经过光学天线5照射到振动物体6上，经由振动物体6反射被光学天线5接收，最后到达分光棱镜2；而另一路被分光棱镜2反射的为参考光，该参考光到达全反射镜3，全反射镜3被PZT 4进行了固定相位调制，经由PZT 4调制全反射镜3进行反射参考光，到达分光棱镜2，此时参考光与信号光在分光棱镜2处发生了干涉并被光电探测器8接收，最终得到振动测量的电信号。

上述方案中，所述PZT 4作为相位调制器用于进行相位调制，产生固定的相位变化，PZT驱动电源7给PZT 4一个角频率ω₀的驱动信号，使PZT 4发生固定频率ω₀振动，使其对参考光进行相位调制，最终与信号光发生光拍干涉。

上述方案中，所述光电探测器8为APD。

上述方案中，所述后期振动信号解调部分包括第一混频器24、第二混频器25、第一乘法器30、第二乘法器31、减法器32、第一低通滤波器26、第二低通滤波器27、第一微分处理器28、第二微分处理器29、积分处理器33、高通滤波器34、本振信号21、第一混频信号22和第二混频信号23，其中：

本振信号21分为两路：一路与第一混频信号22Gcos(ω₀t)经第一混频器24混频后经过第一低通滤波器26后又分成两部分，其中一部分到达第二乘法器31，另一部分经由第一微分处理器28处理后到达第一乘法器30；

本振信号21分出的另一路与第二混频信号23Hcos(2ω₀t)经第二混频器25发生混频后通过第二低通滤波器27后也变为两路一路到达第一乘法器30，另一路经第二微分处理器29处理后到达第二乘法器31；

在第一乘法器30处的信号与在第二乘法器31处的信号在减法器32处相减后经积分处理器33作用后通过高通滤波器34最终振动信号35被解调出来。