[发明专利]一种用于转台测速的集成光学芯片

说明书

本发明公开了一种用于转台测速的集成光学芯片，属于光电通信技术领域。包括激光器、集成光学芯片、发射透镜、数据处理模块和激光器驱动；所述集成光学芯片包括耦合器一、分束器、相移器一、相移器二、合束器、耦合器二和合束探测结构。通过引入集成光学芯片，实现集成度高，利于整个系统的体积小型化、低功耗和低成本的技术效果；通过数据处理模块及集成光学芯片，可实现根据信号频率和偏置频率的大小辨别转台转动的方向的技术效果；此外，本发明无需双光束精细调节并同时聚焦至待测点，操作简易。

技术领域

本发明涉及光电通信技术领域，特别是一种用于转台测速的集成光学芯片。

背景技术

振动特性分析是鉴别可靠性的重要手段，而对于不同的监测目的应利用不同的传感技术。最常用的振动传感器是加速度传感器，它的成本低、可靠性高，但是属于接触测量，必须附着在待测物体的表面，每个监测点需一个加速度传感器，而且只有进行精确标定才能进行绝对测量。此外，加速度传感器的标定还易受环境温度变化的影响，不可避免的机械共振限制了测量带宽。微声器或其它声传感元件虽属非接触测量，但仍不能消除机械共振对带宽的影响，而且环境噪声或非监测部分发射的噪声有可能湮没有用的信号。随着激光和光纤技术的迅速发展，现在有可能设计出一种新型的闭合光路激光多普勒振动传感器，以克服有振动传感器的固有缺点，扩大应用范围，其中包括地震孕育阶段的基岩微破裂探测，这种极其微小的振动是难以探测的。

激光多普勒测振系统将激光光束照射在粗糙目标表面，通过检测回波光束与本振光束之间的相位差异来分析目标振动所产生的多普勒频率调制信息，从而获得目标振动的位移、速度等物理量。这种传感器是一种非接触测量仪器，因为没有质量耦合，传感器对物体的振动特性没有影响。此外，这种传感器没有机械运动部分，消除了限制测量带宽的固有共振。

对于单光束激光多普勒测振/速仪来说，诸如转台等物体转速相同而转动方向相差180°的运动所产生的多普勒频移是相同的，因此通常这时测振/速仪是无法分辨转台的转动方向的。为了解决这种问题通常的做法是采用双光束测量方法。

例如同一光源分出的两束相干光，两束相干光同时聚焦与转台侧面同一位置处，双光束在转台转动时均受多普勒调制效应，多普勒频移分别为f₁和f₂，采用光电探测器对转台位移散斑进行检测，得到关于双光束多普勒频移的差频信号信息：f_c+f₁-f₂，其中f_c是声光移频器调频信号，通过判断光电探测器探测信号偏移声光移频器移频信号f_c左右方向可以得到转台转动信息的方向性。

现有的激光多普勒振动检测设备普遍以自由空间光路或光纤光路传输为基础进行设计与生产，均采用分立光学晶体器件或光纤光学器件搭建迈克尔逊干涉仪或马赫曾德干涉仪结构，体积庞大，成本较高。另外对于基于多普勒频移效应的测振仪来说，诸如转台等物体转速相同，转动方向相差180°的运动产生的多普勒频移是相同的，因此通常这时候激光多普勒测振仪往往无法测得转台的转速方向。为了获得转台转动的转动方向信息，通常的做法是采用双光束测量的方法，其难点是需要精确调节系统光路，使得两束光路同时测量转台侧面的同一位置处。

为解决上述问题，本发明提供一种用于转台测速的集成光学芯片，通过引入集成光学芯片，实现集成度高，利于整个系统的体积小型化、低功耗和低成本的技术效果；通过数据处理模块及集成光学芯片，可实现根据信号频率和偏置频率的大小辨别转台转动的方向的技术效果；此外，本发明无需双光束精细调节并同时聚焦至待测点，操作简易。

发明内容