[发明专利]一种外差式激光测振装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种外差式激光测振装置及方法，属于光电测量技术领域。

背景技术

调制域测量就是让被测量的物理量对另外一种物理量（例如声波、光波、电磁波等）产生调制，然后，利用调制域测量技术手段将其从已调制信号波形中解调出来，它是调制域测量中的基本功能。

由于运动的多普勒效应本身产生的是一种频率调制现象，而相应的测量可以归结为具有间接测量特征的非接触、调制域测量，因此，从中分析与获取实际物理量的瞬变过程，可以称为调制域瞬变信号的分析与处理过程。目前，在高精度振动、冲击测量测试中应用最广泛是以激光干涉方式，借助于激光多普勒效应的调制域测量、分析与处理方法，它是目前准确度最高的振动、冲击计量校准手段。

当载波信号比较规整平稳，且信噪比较高时，有许多调制解调理论、方法和技术可以采用，但是当载波信号由于某种原因变化比较大、信噪比较低，或呈现剧烈的非平稳等特征时，该类信号的解调给人们提出了巨大的挑战，在很多情况下无法解调出正确的结果。因此，人们一直试图寻找出克服该技术难点的解决方案，使用最小二乘拟合的模型化测量方法有良好的鲁棒性，对非平稳、低信噪比状况下的解调有望给出更良好的测量结果，并且使人们有可能从每一次实验数据中都能够准确获取解调波形及其特征量值。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种外差式激光测振装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种外差式激光测振装置，该装置包括稳频激光器1、偏振片2、分光镜3、移频器4、反射镜5、半透半反镜A6和半透半反镜B7、光电转换器9、数据采集系统10、电子计算机11；

由稳频激光器1发出的稳频激光，经过偏振片2、分光镜3一分为二，一路经过移频器4移频f_c后经过反射镜5、穿过半透半反镜6与另一路合束干涉进入光电转换器9接收；另一路穿过半透半反镜7进入被测振动物体8表面，经过被测振动物体8表面反射后返回，经半透半反镜B7和半透半反镜A6反射后与前一路激光合束干涉被光电转换器9接收；

光电转换器9输出的信号是载波频率等于移频f_c的频率调制信号，该信号经过数据采集系统10采集，经计算机11进行数字化解调后，光电转换器9接收的信号的瞬时频率与载波频率f_c差异部分组成频率解调波形序列：

按照式(1)计算获得振动速度波形序列

按照式(2)计算获得振动加速度波形序列

本发明的一种外差式激光测振方法，步骤为：

使用本发明的装置获得频率已经平移到无线电频率范围的振动激光多普勒信号波形；使用波形数据采集系统采集振动激光多普勒信号波形数据序列；

在波形采集序列前缘截取一个载波周期的波形段；对该波形段进行正弦拟合，获得拟合正弦波的瞬时频率将波形段平移滑动一个采样点，进行正弦拟合，获得拟合正弦波的瞬时频率重复执行该滑动拟合过程，直至数据序列终点。

获得频率解调波形序列：为振动激光多普勒信号波形的解调波形输出，即是实际的振动波形输出。

按式(1)计算获得振动速度序列值

v^i=λ2×f^i---(1)]]>

式中，λ为激光波长；

按式(2)计算获得振动加速度序列值