[发明专利]一种实时位移重构方法及装置

说明书

一种实时位移重构方法及装置。主要目的在于解决现有自混合干涉振动测量法基于希尔伯特变换得到两路相位正交的自混合信号无法进行实时位移重构的问题。其特征在于所述方法包括如下步骤：基于激光器发射的第一光信号，以及经第一对象返回的第二光信号，生成自混合干涉信号;经衰减片、偏振片、分光镜、波片、偏振分光镜得到两路正交的自混合信号;对所述两路正交的自混合信号进行滤波归一化处理；然后将所述归一化后的两路正交的自混合信号相除，然后反正切变换，然后进行解包裹处理，即可实时进行位移重构。本方法测量精度高，同时结合计算机对数据进行程序化处理后可以实现实时位移重构。

技术领域：

本发明涉及振动检测领域，具体地说，是涉及一种应用于光学干涉仪上的实时位移重构方法及装置。

背景技术：

激光自混合干涉是指在激光应用系统中，激光器输出的光经外部物体反射或散射后，其中一部分光又反馈回激光器的谐振腔。反馈光携带了外部物体的信息，与腔内的光混合后，调制激光器的输出功率及频率，形成激光自混合干涉。与传统的光干涉相比，利用激光自混合干涉对振动源信息的测量具有光路简单、易于准直、结构紧凑等优点，激光自混合干涉测量技术已广泛应用于位移、振动、距离、速度和激光参数的测量。

在现有激光自混合位移测量技术中，通常采用两种方式来进行位移重构，第一种为外腔相位调制法，该方法需要在外腔中引入电光调制器，导致整个实验设备成本大大增加。第二种为采用解调算法来对目标振动物体进行位移重构，在重构位移过程中，需要人为对信号进行选点处理，导致重构误差较大，实时性不好。例如基于两束正交信号的正交解调方法，通过反正切变换重建外部目标物体的振动。但是现有技术中，为了得到两束相位正交的自混合信号，需要复杂的算法对采集的自混合信号进行处理，较为典型的方法就是基于希尔伯特变换的自混合干涉振动测量法，但是这种方法需要手动进行反相点的选择，一方面在反向点的选择上不够精确，导致该方法在重构位移时在峰值点处重构误差较大，另一方面，无法实现将所有处理程序集成到软件中，无法进行实时位移重构，实时性差，很难实现振动位移的实时性测量。现有技术中采用的算法都较为复杂，同时对信号质量要求较高，若反向点处信号质量较差，则会导致重构误差变大。此外，在对信号进行希尔伯特变换时，希尔伯特变换针对的为无限长序列，而应用在有限长序列时，也会带来一定的误差。综上所述，在现有技术中，如果不应用昂贵的外部设备来重构位移，重构误差较大，而采用昂贵的外部设备重构位移的成本则较高。

发明内容：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种实时位移重构方法及装置，本种实时位移重构方法及装置采用非接触检测的方式，不会对物体表面造成损伤，而且是一种能够实时在线测量的低成本位移重构方法，适用于任意波振动位移重构，同时通过精确定位相位跳变点，提高了位移测量精度。

本发明的技术方案是一种实时位移重构方法，包括如下步骤：

第一步，分别配置激光器1、准直透镜2、衰减片3、线偏振片4、振动源5、分光镜6、四分之一波片7、偏振分光镜8、第一光电探测器9、第二光电探测器10、数据采集卡11以及电脑主机12；

本步骤所述分别配置即按照如下方式进行：

将所述激光器配置为：激光器的输出为波长λ＝650nm的红光，输出功率为5mW，工作电流为24mA,可在驱动电流作用下发射第一光信号，所述第一光信号经第一对象反射后返回激光腔形成第二光信号，所述第一对象为目标振动物体，即振动源，所述第一光信号和第二光信号生成自混合干涉信号；

将所述准直透镜配置为：可见光式准直透镜，与激光器相匹配，适用于可见光波段380nm-780nm的光源，准直透镜将所述激光器发出的发散光变成准直光；

将所述衰减片配置为：可调式衰减片，与激光器相匹配，以使得通过所述衰减片使光反馈强度处于弱反馈水平，所述弱反馈水平定义为：反馈系数C≈0,采集到的自混合干涉信号为类正弦信号；