[实用新型]一种基于外差激光干涉仪同时测量距离和位移的装置

说明书

本实用新型公开了一种基于外差激光干涉仪同时测量距离和位移的装置，涉及激光干涉精密测量和数字信号处理领域。本装置包括待测物体(40)，设置有信号源(10)、数字解调电路(20)和外差激光干涉仪(30)；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。本实用新型适用于激光测距的精密测量领域，可用于改善测距精度指标、以及制作高精度测量距离和位移的传感器件。

技术领域

本实用新型涉及激光干涉精密测量和数字信号处理领域，尤其涉及一种基于外差激光干涉仪同时测量距离和位移的装置，适用于激光测距的精密测量领域，同时也可用于制作高精度测量距离和位移的传感器件。

背景技术

精密测量长度或者距离在前沿基础应用、工业和航空制造以及空间工程等领域具有极为重要的意义。随着航空技术、卫星编队飞行、深空探测成像以及高端制造技术的快速发展，对大尺度空间精密测量的需求越来越迫切，主要指标要求体现在大尺度/距离、高精度和快速响应，需要距离测量的范围从几米到几百万公里，测量的精度从微米到米量级。

激光干涉仪是卫星地球重力场测量、空间引力波探测等计划中的关键装置之一，它通过测量两束激光的拍频信号的相位来获取两颗卫星的相对位移，精度达到纳米甚至皮米量级。时间延迟干涉测量方法可以抑制激光器频率噪声对位移测量的影响，其中关键技术之一是测量相距百万公里的两颗卫星之间的绝对距离，测量精度需要达到米量级。

目前，在该领域同时测量绝对距离和相对位移，需要高精度的外差激光干涉仪来测量相对位移，同时结合伪随机码测距和深空网来测量绝对距离。伪随机码测距的精度可达亚米量级，量程约为几百公里；深空网测距量程可达百万公里量级，测距精度约为米至千米量级。现有技术在同时测量绝对距离和相对位移时还存在测量装置众多、复杂的缺点。因此实现同时高精度测量绝对距离和相对位移，是方法或者技术上的挑战。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于外差激光干涉仪同时测量距离和位移的装置，具有方法易行，测量精度高等特点。通过对外差激光干涉仪中的激光频率做正弦调制、再利用数字解调电路实现同时获取距离和位移数据，克服了现有技术同时测量绝对距离和相对位移的装置众多且复杂的困难。

一、基于外差激光干涉仪同时测量距离和位移的装置(简称装置)

本装置包括待测物体，设置有信号源、外差激光干涉仪和数字解调电路；

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

二、基于外差激光干涉仪同时测量距离和位移的方法(简称方法)

本方法包括下列步骤：

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

②上述数字信号经过FPGA电路中的数字锁相环做相位解调运算，得到参考信号fr和拍频信号fh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的相对位移Δx；

③数字锁相环同时解调拍频信号fh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，再通过串口通讯传送至计算机进行图形显示与存储。

本实用新型具有以下优点和积极效果：