[发明专利]用于正弦相位调制的锁相检测方法及装置

摘要

本发明涉及正弦相位调制的锁相技术，为提出用于正弦相位调制的锁相检测方法，用以节约模拟电路成本以及数字电路实现的硬件资源占用，并提高运算速度，为此，本发明采用的技术方案是，用于正弦相位调制的锁相检测方法，构造一个傅里叶级数展开所含频率均为载波频率奇数倍频的矩形波，将其与正弦相位调制干涉信号相乘，再通过低通滤波得到与初相位正弦值成正比的各奇次谐波幅值的加权和；构造一个傅里叶级数展开所含频率均为载波频率偶数倍频的矩形波，将其与正弦相位调制干涉信号相乘，再通过低通滤波得到与初相位余弦值成正比的各偶次谐波幅值的加权和；获取与被测相位正弦值或余弦值成正比的信号。本发明主要应用于正弦相位调制场合。

主权项

1.一种用于正弦相位调制的锁相检测方法，其特征是，构造一个傅里叶级数展开所含频率均为载波频率奇数倍频的矩形波，将其与正弦相位调制干涉信号相乘，再通过低通滤波得到与初相位正弦值成正比的各奇次谐波幅值的加权和；构造一个傅里叶级数展开所含频率均为载波频率偶数倍频的矩形波，将其与正弦相位调制干涉信号相乘，再通过低通滤波得到与初相位余弦值成正比的各偶次谐波幅值的加权和；获取与被测相位正弦值或余弦值成正比的信号，用于后续的相位求解，其中，经正弦相位调制的干涉信号数学表达式如下：S(t)＝A+Bcos(zcos(ω_ct)+α)                    (1)其中A为干涉背景光强，B为干涉对比度，z为相位调制度，ω_c为正弦调制信号角频率，α为被测干涉相位，将S(t)按贝塞尔函数展开，得到：其中J_2m(z)为2m阶第一类贝塞尔函数，J_2n+1(z)为2n+1阶第一类贝塞尔函数，对称矩形波信号G₁(t)为傅里叶级数展开频率只含ω_c的奇数倍频，在一个周期内的表达式为：其傅里叶级数展开为：将G₁(t)与S(t)相乘，其乘积由直流分量以及调制信号基频ω_c及基频ω_c的倍频构成，其中直流分量为：因此，若滤除干涉信号与对称矩形波信号G₁(t)乘积的高频分量，即得到与初相位α的正弦值成正比的信号D₁，其中比例系数为干涉对比度B和一个无穷级数k₁的乘积，干涉对比度B易求，而无穷级数k₁总是收敛的，其收敛值与调制度z有关，由mtlab计算出来；矩形波信号G₂(t)为傅里叶级数展开频率只含ω_c偶数倍频，在一个周期内的表达式为：其傅里叶级数展开为：将G₂(t)与S(t)相乘，其乘积由直流分量以及调制信号基频ω_c及其倍频构成，其中直流分量为：因此，若滤除干涉信号与矩形波G₂(t)乘积的高频分量，即可得到与初相位α的正弦值成正比的信号D₂，其中比例系数为干涉对比度B和一个无穷级数k₃的乘积，干涉对比度B易求，无穷级数k₃收敛值与调制度z有关，由mtlab计算出来。