[发明专利]一种新型高精度外差激光测振仪

说明书

发明领域

本发明涉及激光干涉测量领域，尤其涉及利用多普勒原理来测量被测对象的运动信息的外差激光测振仪。

背景技术

目前，外差激光测振仪广泛应用于针对运动物体的测量，尤其是应用于振动测量领域中。外差激光测振仪一般利用多普勒原理进行测量。图1示出了根据现有技术的外差激光测振仪100的示意图。如图1所示，外差激光测振仪100在整体上可以分为两个部分，即光学部件部分110和信号处理部分120。一般而言，光学部件部分110包括对被测物体130进行测量所需的光学部件，并输出测量所获得的电信号来由信号处理部分120来进行信号处理，以获得有关被测物体130的各种运动信息，尤其是振动信息。

具体而言，在光学部件部分110中，激光源1110发射的光被偏振分光镜1120分为参考光和测量光。测量光通过聚焦透镜组1130而聚焦在被测物体130上，当被测物体130运动时，会产生一个频移Δf。为了确定被测物体130的振动方向，在参考光的光路中使用由晶振单元1140生成的频率为f_d的晶振信号来驱动声光调制器1150（例如为布拉格盒）来对参考光进行移频。从被测物体130返回的测量光在偏振分光镜1160处与带有频率偏移量f_d的参考光进行干涉，干涉光由光电接收器1170进行光电转换，并因此向信号处理部分120输出包含频率分量(f_d+Δf)的调制电信号U₁，即                                                。

在信号处理部分120中，为了便于数据采集，需要对所接收的电信号进行降频解调。为此，首先在混频器1210中，将该电信号U₁与具有一定频率f_l的外部振荡信号进行混频。随后在低通滤波器1220中进行低通滤波来去除高频部分，从而得到信号调制在低频信号上的载波信号，即。在低频信号上的载波信号U随后经由A/D数据采集器1230转换为数字信号，并接着在数字运算单元1240中进行数字运算处理，从而获得有关被测物体130的振动的速度，加速度、位移等物理参数。有关数字运算单元1240中进行的数字运算处理，可以参见国际标准ISO16063-II部分的具体内容，该内容通过引用在此全部并入，并不在进行赘述。

应当注意的是，在现有技术的外差激光测振仪100中，存在有两个参考频率，一个为在光学部件部分110中用于对参考光进行频移时的晶振信号的调制频率f_d，另一个为在信号处理部分120中电信号要与之进行混频的外部震荡信号U₂的频率f_l。这两个信号分别由两个晶振驱动，而晶振会受到环境因素如温度、磁场等的影响，所以这两个信号的振荡频率实际上存在变化，即分别为f_d+与，f_l+。因此由光电接收器1170输出的电信号为，而外部振荡信号为。而低频载波信信号则并变成为：。从中可以看出，这两个变化和会给测量结果Δf带来误差，Δf随着速度的减小会减小，当Δf与（）接近时，这种误差影响因素变大，从而使得现有的外差激光测振仪测量误差变大。

另外，由于Δf是随速度而发生变化的量，但是其却载波在一个固定带宽频率（f_l-f_d）的信号上，也就是说，对于同样采样频率的AD数据采集，不论Δf如何变化，分辨率是固定的。因此，当由于速度较低而导致Δf较小时，现有的外差激光测振仪会存在测量精度不高的问题。

因此，希望提供一种可以进一步提高外差激光测振仪的测量精度，并且使得外差激光测振仪可以良好地应用于低频振动对象测量等领域的新的外差激光测振仪。

发明内容

为此，本发明提出了一种可以解决或者缓解上述问题的至少一部分的新的外差激光测振仪。

根据本发明的一个方面，提供了一种外差激光测振仪，包括光学部件，适于利用激光来生成干涉光，其中该干涉光具有与由于多普勒效应而导致的第一频移和参考光被频移的第二频率值相关的频率分量；光电转换器，配置为将干涉光转换为电测量信号；混频器，被配置为将电测量信号与具有第三频率的外部振荡信号进行混频以获得混频信号；数字转换器，被配置为将所述混频信号转换为数字信号；数字运算单元，被配置为对所述数字信号进行数字运算以获得有关被测对象的振动信息。

根据本发明的外差激光测振仪还包括鉴频器，其耦接到数字转换器，从而从数字信号中鉴别出第一频移，而外部振荡信号基于鉴频器所鉴别出的第一频移而生成。