[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

说明书

本发明涉及一种具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪，包括扫频激光器、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、光电探测器、数据采集卡和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光纤偶合器中被分为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。本发明实现光学相干测振仪多点振动同步测量。

技术领域

本发明涉及非接触式光学测振领域，具体涉及一种具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪及方法。

背景技术

光学相干测振仪具有非接触、高精度和大动态范围的优点，可用于静态、低频/高频振动测量、声波探测以及超声波探测等非接触式宽频带高精度测量。光学相干测振仪相关理论的提出与设备研发，从机理上避免激光多普勒测速仪对激光单色性与稳定性的高要求，降低成本的同时实现对激光多普勒测速仪的性能互补；利用多波长分量的差分效应突破单频激光干涉的相位极限，实现大动态范围(纳米量级至厘米量级)的单点振动测量。作为一种新技术，光学相干测振仪在高速测振性能和多点振动同步测量等问题亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪及方法，实现光学相干测振仪多点振动同步测量，满足矢量测振应用需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有多点同步测振的高性能扫频光学相干测振仪，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光纤偶合器中被分为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。

进一步的，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。

进一步的，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。

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，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光纤偶合器中被分为n束参考光与n束探测光；

步骤S2:参考光被光纤准直器准直成平行光后照射向反射硅镜，探测光被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便，获得与传统光学相干测振仪相同的波长域干涉信号，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。

进一步的，所述纤耦合器的输出端所输出的多频干涉信号，具体如下：