[发明专利]一种基于微片激光器回馈干涉仪的位移数据处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移数据处理方法，特别是关于一种用于非配合目标的非接触式精密位移测量的基于微片激光器回馈干涉仪的位移数据处理方法。

背景技术

微片激光器具有极高的光回馈敏感度，把移频光回馈系统与相位外差测量技术结合，可以实现高分辨率的运动位移测量。外差信号处理系统是基于相位检测的外差干涉系统的最后环节，也是决定系统精度的重要环节。但是在实际的移频光回馈系统中，回馈光信号并非标准的正弦信号，从信号功率频谱上观察信号峰值周围存在有大量噪声，对于这样的低信噪比信号，现有技术通常是采用锁相放大器进行处理，但是其极窄的检测带宽限制了被测物体的最大运动速度，当被测物体较快运动所引起的信号多普勒频移超出检测带宽时，锁相放大器无法准确测量其相位变化因而也无法精确测量被测物体的位移变化量，而且锁相放大器不具备整数计数功能，给使用带来不便。在微片激光器回馈干涉仪中，待测物体的最大运动速度由下式决定：V_m＝Δv·λ/2，其中，V_m为被测物体最大运动速度，Δv为外差信号处理系统的检测带宽，λ为激光波长。由上式可见，限制被测物体最大运动速度的因素是外差信号处理系统的检测带宽。目前微片激光器回馈干涉仪的量程已经可达1m，但是从实验上看，现有的移频光回馈系统的测量速度不能超过5μm/s，显然这样的测量速度无法满足实际应用的要求，因此有必要进一步提高移频光回馈系统的测量速度。

现有技术中由于相位计处理速度高，具有非常宽的检测带宽，允许的最大测速较大，所以一般用来作为精密相位测量的手段，并在双频激光干涉仪中得到了广泛的应用。但是微片激光器回馈干涉仪由于采用弱光回馈，其信号的幅值和信噪比都很低，相位计对被检测信号本身的质量要求较高且相位计本身不具有抑制噪声的功能，所以无法直接使用相位计进行高分辨率的相位测量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效抑制信号噪声、相位测量分辨率高、具有较宽检测带宽且能够有效提高移频光回馈系统测量速度的基于微片激光器回馈干涉仪的位移数据处理方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于微片激光器回馈干涉仪的位移数据处理方法，包括如下步骤：1)设置一包括有微片激光器回馈干涉仪、混频器、滤波器、放大器、单端信号适配器、相位计和计算机的外差信号处理系统；2)将从所述微片激光器回馈干涉仪得到反映被测物体位移变化量的光信号依次输入到滤波器、放大器对信号进行滤波放大处理得到频率单一、大幅值的光信号；3)将产生作为稳定的标准信号参与外差相位测量的电信号依次输入到滤波器、放大器对电信号进行滤波放大处理得到频率单一、大幅值的电信号；4)将所述步骤2)和步骤3)产生的信号分别输入到所述单端信号适配器中，单端信号适配器将正弦信号转换为方波信号同时将方波信号输入到相位计中，利用相位计计算外腔相位变化量；5)将相位计解调出的外腔相位变化量通过计算机计算得到被测物体的位移变化量，并将位移变化量的结果显示在计算机上。

所述步骤2)中微片激光器为普通式微片激光器回馈干涉仪对被测物体进行位移测量时只有一路测量回馈光信号则相对应只有一路电信号参与外差测相，相对应滤波器设置有两个滤波通道，分别滤除测量回馈光信号、电信号的噪声并发送到放大器、单端信号适配器、相位计、计算机完成对被测物体位移变化量的测量和显示。

所述步骤2)中的微片激光器为准共路式微片激光器回馈干涉仪对被测物体进行位移测量时产生参考回馈光信号和测量回馈光信号，则相对应产生参考电信号和测量电信号两路标准信号参与外差相位测量，将参考回馈光信号、测量回馈光信号、参考电信号、测量电信号分别发送到滤波器的四个滤波通道中滤除噪声后依次发送到放大器、单端信号适配器、相位计、计算机完成对被测物体位移变化量的测量和显示。

所述步骤5)中被测物体的位移变化量ΔL的计算公式如下：

ΔL=c2nωΔφf]]>

其中，n为空气折射率，c为真空光速，ω为激光频率，Δφ_f为外腔相位变化量。