[发明专利]具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪及方法

权利要求书

1.一种具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪，其特征在于，包括一扫频激光器、一2×n单模光纤耦合器、n个反射硅镜、n个光纤准直器、n个聚焦物镜、一光电探测器、一数据采集卡和一用于控制信号采集的上位机；所述扫频激光器发出单频激光进入到2×n单模光纤耦合器中被分为n束参考光与n束探测光；所述参考光被光纤准直器准直成平行光后照射向反射硅镜，所述探测光被聚焦物镜聚焦后照射至被测目标表面；从被测目标表面反射而回的探测光与从反射硅镜反射而回的参考光在光纤耦合器处相遇，同一信道的参考光与探测光耦合形成干涉，多信道干涉信号混合成一多频干涉信号被光电探测器转换为电信号后，输入至上位机中。

2.根据权利要求1所述的具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪，其特征在于，所述测振仪包括若干各信道，每个信道设有相应的探测臂与参考臂。

3.根据权利要求1所述的具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪，其特征在于，所述测振仪的各信道间设置有信号隔离带，以防止各信道干涉信号发生混叠。

4.一种具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:扫频激光器发出单频激光进入到2×n单模光纤耦合器中被分为n束参考光与n束探测光；

步骤S2:n束参考光分别被n个光纤准直器准直成平行光后射向n个反射硅镜，n束探测光分别被n个聚焦物镜聚焦后照射至被测目标表面；

步骤S3:从被测目标表面反射而回的探测光与从反射硅镜反射而回的参考光在光纤耦合器处相遇，同一信道的参考光与探测光耦合形成干涉，多信道干涉信号混合成一多频干涉信号被光电探测器转换为电信号后，输入至上位机中；

步骤S4:将输入至上位机中的电信号时间替换为相应的波长，获得波长域干涉信号，并对干涉信号进行离散傅里叶变换和汉宁窗能量重心法处理后提取出各自由度方向的振动数据；

步骤S5:循环步骤S1-S4，通过预设时间的采集，得到被测目标各探测方向的振动数据。

5.根据权利要求4所述的具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪的探测方法，其特征在于，所述2×n单模光纤耦合器的输出端所输出的多频干涉信号，具体如下：

其中，S_nr(t)为参考光的谱功率分布函数；S_np(t)为探测光的谱功率分布函数；k_(t)为波数，光源的波长与波数满足此关系：k_(t)＝2π/λ_(t)；S_nr(t)和k_(t)是受时间调制的两个变量，随时间的变化呈周期性变化，时间t的变化范围为t₁～t₁+T，t₁为光源输出起始波长的时间，T为持续采集的时间，2·S_nr(t)·S_np(t)·exp(i·k_(t)·ΔL_n)为第n信道的干涉信号，被测目标的第n自由度位移信息被编码到了余弦函数的频率i·k·ΔL_n之中，ΔL_n为探测光与参考光的光程差。

6.根据权利要求5所述的具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪的探测方法，其特征在于，所述上位机接收到的电信号，具体为：

7.根据权利要求5所述的具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪的探测方法，其特征在于，快速傅里叶变换，具体为：

其中δ为尤拉克函数。