[发明专利]一种利用光子计数器精确测量机械振动的装置

说明书

本发明涉及机械振动测量技术领域，公开了一种利用光子计数器精确测量机械振动的装置，包括激光器、光隔离器、可调衰减器、光纤耦合器、单光子计数器和FPGA后处理模块，所述激光器发出的光经所述光隔离器、可调衰减器后入射至所述光纤耦合器后，然后经所述光纤耦合器入射至待测物体，所述待测物体的透射信号返回光纤耦合器后，输出至所述单光子计数器，单光子计数器的信号输出端与所述FPGA后处理模块连接，所述FPGA后处理模块用于根据所述单光子计数器输出的电信号，计算得到待测物体的机械振动。本发明解决了从微观层面测量机械振动困难的问题，利用单光子计数器输出电信号自然离散的特点，实现了可透光物体例如纳米纤维腔的机械振动的微观测量。

技术领域

本发明涉及机械振动测量技术领域，具体为一种利用光子计数器精确测量机械振动的装置。

背景技术

现有技术中，光子计数方法利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点，采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。现代单光子计数技术具有信噪比高、抗漂移性好、时间稳定性好、便于计算机进行分析处理等优点,在高技术领域占有重要地位,它已经成为各发达国家光电子学界重点研究的课题之一，单光子计数方法就是利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点，采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。

振动量的测量常用方式有机械式测量、电测法以及光测法，机械式测量方法主要用杠杆放大原理或惯性原理加上杠杆放大原理进行测量；该测量方式的频率范围及动态、线性范围窄、测试时会给工件加上一定的负荷，影响测试结果；电测法是将被测对象的振动量转换成电量，然后用电量测试仪器进行测量，但易受电磁场干扰；光学法利用光杠杆原理、读数显微镜、光波干涉原理，激光多普勒效应等进行测量不受电磁场干扰，测量精度高，适于对质量小及不易安装传感器的试件作非接触测量在精密测量和传感器、测振仪标定中用得较多。

综上所述，在精密仪器的测量领域，物体的微小振动很难实现精确测量。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种利用光子计数器精确测量机械振动的装置，解决了从微观层面测量机械振动困难的问题，利用单光子计数器输出电信号自然离散的特点，将及其弱的信号识别出来从而实现对机械振动的测量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种利用光子计数器精确测量机械振动的装置，包括激光器、光隔离器、可调衰减器、光纤耦合器、单光子计数器和FPGA后处理模块，所述激光器发出的光经所述光隔离器、可调衰减器后入射至所述光纤耦合器后，然后经所述光纤耦合器入射至待测物体，待测物体的透射信号返回光纤耦合器后，输出至所述单光子计数器，单光子计数器的信号输出端与所述FPGA后处理模块连接，所述FPGA后处理模块用于根据所述单光子计数器输出的电信号，计算得到待测物体的机械振动。

所述FPGA后处理模块根据所述单光子计数器输出的电信号，计算得到待测物体的机械振动方法为：

对所述单光子计数器输出的电信号进行傅里叶变化，实现从时域到频域的转换得到频谱图，频谱图中的尖峰对应于待测物体的振动频率，振幅对应于待测物体的振动幅度。

所述的一种利用光子计数器精确测量机械振动的装置，还包括偏振控制器，所述偏振控制器设置在光纤耦合器的输出端与待测物体之间。

所述的一种利用光子计数器精确测量机械振动的装置，还包括数据采集卡，所述数据采集卡用于采集所述单光子计数器的电信号后发送至所述FPGA后处理模块。

所述单光子计数器的采样时间为1us-1ms，所述激光器为宽光谱可调谐激光器。

所述的一种利用光子计数器精确测量机械振动的装置，还包括玻璃真空气室和PZT光纤拉伸器，所述待测物体为纳米纤维腔，纳米纤维腔和PZT光纤拉伸器均设置在玻璃真空气室内，所述PZT光纤拉伸器用于对纳米纤维腔进行拉伸。