[发明专利]一种分辨率可调的双波长LD自混合振动测量仪及其测量方法

说明书

本发明提供一种分辨率可调的双波长LD自混合振动测量仪，包括发射激光的双波长LD，沿发射光路方向依次设置的光路调节装置、光线密度滤波器、待测目标，与双波长LD电连接驱动电源，与双波长LD依次通讯连接的信号处理装置及数据采集分析装置。本发明还提供应用分辨率可调的双波长LD自混合振动测量仪的测量方法，双波长LD输出的一束双波长的激光经光路调节装置、光线密度滤波器至待测目标；经待测目标反射后分别返回各自的谐振管腔内与谐振管腔内光发生自混合干涉；计算机对通讯传输来的自混合信号利用偶次等效波长傅里叶变换算法进行分析处理，实现分辨率可调的目标振动测量。

技术领域

本发明提供一种精密光学干涉测量的技术领域，更具体地，一种分辨率可调的双波长LD自混合振动测量仪及其测量方法。

背景技术

振动测量是测量学的重要分支，在科研、工业生产和医学等许多领域需要对目标的振动进行测量。在精密机械、微机电系统等先进制造业领域，一般需要振动测量仪所占空间要小，灵敏度高，非接触式测量等特点；迫切需要分辨率可调的振动传感器以适应不同的工况需求。

传统的振动测量方法主要有电位器式、电感式、电涡流式、电容式、磁致伸缩式等，但这些传统测量方法的技术性能已难以满足现代科学技术和生产实践发展的需要。随着先进激光技术、半导体技术和计算机技术的发展，以激光为基础的光学振动测量技术以其高精度、非接触式无损测量等显著的优点已在光学检测中具有非常广泛的应用，如迈克尔逊干涉、光栅干涉、光照强度、光电动势、光学增量编码等多种光学振动传感技术被用于测量目标振动。然而，上述几种传感技术的系统光路结构复杂、调试困难、系统昂贵，这些缺点限制了它们在相关领域的应用推广。对于现有的精密光学测振仪，如德国的PloyTec5000型多普勒测振仪，该仪器包括Mach-Zehnder干涉仪、激光传感模组等，具有高度集成的硬件电路和复杂的软件处理模块，价格高于40万人民币，非常昂贵，且应用条件苛刻，操作繁琐，对非合作目标(粗糙表面的目标)不友好。

基于激光自混合干涉的振动测量技术，以其在激光器外部无需任何光学元件、结构简单的优点已在诸多领域得以应用，如模态分析、探伤、故障诊断、人体动脉脉搏波的检测、电机径向跳动跟踪等，并逐步取代一些传统的光学测量方法，成为一代新颖的振动测量技术。但是传统的激光自混合干涉振动测量仪，测量精度只有几百纳米，不能满足先进制造业对精度的苛求。通过光学倍程法提高条纹分辨率，能在一定程度上提高测量精度。但现有方法，需已知目标相关参数，这极大限制了该技术在实际测量中的应用，造成长期以来一直使用半波长的条纹分辨率；双波长双LD可以提高测量分辨率和抗干扰能力，但是双管的分立结构存在同点照射调节困难的问题。对半导激光自混合干涉仪进行注入电流调制是一种典型的提高精度方法，但电流注入同时会改变输出光波长，引入强度噪声；外腔长度调制是另一种提高方法，但需要压电陶瓷驱动器驱动半导体激光器线性运动，不仅增大了仪器体积和成本，而且存在迟滞等非线性问题，将造成不可避免的测量误差；相对于上述两种方法，电光相位调制法无机械运动部分，也不会对激光系统本身造成影响，测量精度高，范围大，在工业应用上非常有意义，但需外加昂贵的电光调制器，性价比不高，且对输出激光的偏振性有较高要求。而且上述这些提高精度的方法，其测量分辨均是单一不可调，无法满足制造业不同工况下的测量需求。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种分辨率可调的双波长LD自混合振动测量仪，采用集成封装有二个半导体激光管的双波长LD发射双波长激光实现待测目标的振动测量，无需复杂的信号调制解调和额外的电光频移，抗干扰能力强、结构简单紧凑、成本低，对进一步推动先进制造技术的发展具有重要的现实意义。本发明还提供应用一种分辨率可调的双波长LD自混合振动测量仪的测量方法，通过设定合适的循环次数改变计算机分析处理的等效次数，进而实现待测目标的振幅测量分辨率可调，以适应不同振动范围、精度需求的测量。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：