[发明专利]基于外差激光干涉仪同时测量距离和位移的装置及其方法在审

专利信息
申请号: 201910757968.1 申请日: 2019-08-16
公开(公告)号: CN110412606A 公开(公告)日: 2019-11-05
发明(设计)人: 梁浴榕;李润兵;王谨;詹明生 申请(专利权)人: 中国科学院武汉物理与数学研究所
主分类号: G01S17/08 分类号: G01S17/08;G01S7/48;G01B11/02;G01B9/02
代理公司: 武汉宇晨专利事务所 42001 代理人: 黄瑞棠
地址: 430071 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 外差激光干涉仪 数字解调电路 信号源 测量距离 待测物体 激光干涉 拍频信号 精密测量领域 数字信号处理 测距 高精度测量 声光移频器 传感器件 调制激光 激光测距 精度指标 精密测量 可用 连通 驱动 制作
【权利要求书】:

1.一种基于外差激光干涉仪同时测量距离和位移的装置,包括待测物体(40),其特征在于:

设置有信号源(10)、外差激光干涉仪(20)和数字解调电路(30);

其连接关系是:

信号源(10)与外差激光干涉仪(20)连接,用于调制激光频率和驱动声光移频器;信号源(10)同时与数字解调电路(30)连接,用于提供参考信号;外差激光干涉仪(20)与待测物体(40)连通,用于产生激光干涉拍频信号;外差激光干涉仪(20)与数字解调电路(30)连接,用于提供拍频信号。

2.按权利要求1所述的装置,其特征在于:

所述的外差激光干涉仪(20)包括激光器(21)、功率放大器(22)、声光移频器(23)、第1反射镜(241)、第2反射镜(242)和第3反射镜(243)、偏振分束器(25)、消偏振分束器(26)、λ/2波片(27)、λ/4波片(28)和光电探测器(29);

信号源(10)分别与激光器(21)、功率放大器(22)和数字解调电路(30)连接,功率放大器(22)和声光移频器(23)连接,光电探测器(29)和数字解调电路(30)连接;

激光器(21)、第1反射镜(241)和声光移频器(23)依次连通;激光透过声光移频器(23)后产生零级光和一级光;一级光、第2反射镜(242)、第3反射镜(243)、消偏振分束器(26)和光电探测器(29)依次连通;零级光、λ/2波片(27)、偏振分束器(25)、λ/4波片(28)和待测物体(40)依次连通;从待测物体(40)反射的激光、λ/4波片(28)、偏振分束器(25)、消偏振分束器(26)和光电探测器(29)依次连通。

3.按权利要求1所述的装置,其特征在于:

所述的数字解调电路(30)包括参考时钟(31)、第1模数转换电路(321)、第2模数转换电路(322)、FPGA电路(33)、串口通讯(34)、计算机(35)、数模转换电路(36)、滤波放大电路(37);

信号源(10)、第1模数转换电路(321)和FPGA电路(33)依次连接,外差激光干涉仪(20)、第2模数转换电路(321)和FPGA电路(33)依次连接;参考时钟(31)和FPGA电路(33)的时钟连接;FPGA电路(33)的时钟和第1模数转换电路(321)、第2模数转换电路(322)分别连接;FPGA电路(33)、串口通讯(34)和计算机(35)依次连接;FPGA电路(33)、数模转换电路(36)和滤波放大电路(37)依次连接。

4.基于权利要求1、2或3所述装置的同时测量距离和位移的方法,其特征在于:

①来自于信号源(10)的参考信号fr,与来自于外差激光干涉仪(20)的拍频信号fh,分别被第1模数转换电路(321)和第2模数转换电路(322)采集后转换为数字信号;

②上述数字信号经过FPGA电路(33)中的数字锁相环做相位解调运算,得到参考信号和拍频信号的相位;相位作减法后得到相位差数据,该数据的变化反映了待测物体(40)的相对位移Δx;

③数字锁相环同时解调拍频信号的频率;频率数据再通过幅度解调数据处理之后,得到频率的正弦幅度数据,该数据反映了待测物体(40)的距离L;

④相位差数据、频率正弦变化的幅度数据经过降采样滤波器处理后,再通过串口通讯(34)传送至计算机(35)进行图形显示与存储。

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