[发明专利]利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法

说明书

本发明公开的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法，属于光电精密测量领域。本发明的系统包括飞秒光源系统、光学测量系统及信号采集及处理系统；飞秒光源系统包括双路飞秒微腔光梳光源；光学测量系统包括脉冲分光单元和脉冲扫描单元；信号采集及处理系统包括重频信号计数装置、高速数据采集装置及上位机。本发明还公开基于所述系统实现的双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振方法，利用双微腔飞秒光学频率梳实现远程宽频带测振，具有信号解调算法简单、测量速度快、振动频率范围宽及可实现远距离实时测振及数据传输等优点，有利于远距离宽频带振动目标的实际工程测量。所述实际工程领域包括火箭、弹道发射等领域的振动测量。

技术领域

本发明涉及一种利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法，属于光电精密测量领域。

背景技术

振动是存在于日常生活和工业生产的一种动态物理现象。在航空航天、国防工业及海洋工程等领域，物体振动特性的检测和分析是保障重大设备安全运行、科研实验顺利完成以及国防水平及军工力量进一步提升的重要因素。

近年来，随着航空航天、生物医疗、精密加工及微机械微电子等技术的飞速发展，振动测量对宽频带振动频率及远距离测量传输提出了更高的适应性要求。一方面，被测振动目标的多样性使得振动频率包含了低频到高频的所有频段。其中，振动高频段(2kHz)主要应用于尖端科学研究领域，据统计航空航天领域内振动频率覆盖了0～10kHz的所有频段，其性能直接关系到导弹射程、空间飞行器的姿态调整。振动中频段(100Hz～2kHz)主要应用于微机电系统及机床主轴等领域。振动低频段(0.1Hz～100Hz)主要应用于地震监测预警及材料无损检测等领域。由此可见，被测振动目标范围广泛，结构多样，其振动测量向着更宽频带方向发展。另一方面，被测目标环境的复杂性对远程测振及数据传输提出迫切需求。实际工程应用中，极端环境下难以在理想距离处开展被测物体的振动测量，例如高温环境下的机械振动、大尺寸设备振动检测，因此覆盖不同距离处的远距离振动目标的测量和传输是实际工程测量重要发展方向之一。

目前，测振方法主要包括机械式、电气式及光学式。相对于传统接触式机械和电气测量方法而言，激光测振法具有非接触、可溯源、动态测量、高精度、高空间分辨率及高速度分辨率等特点，已成为振动测量领域中最具发展潜力和应用前景的技术，在航空航天、建筑交通、农业医疗和机械制造等众多领域广受青睐。激光测振法主要包括三角法、散斑干涉法、全息干涉法、多普勒效应法及分布光纤测振法等。其中，三角法为最早应用于激光测振技术的方法，受限于发射透镜焦距的影响，导致工作距离较短，不适于远距离的高频高速振动测量。散斑干涉法只能测量简谐振动和冲击，存在难以小型化、抗干扰能力差等缺点，无法适用于复杂的工作环境。全息干涉法操作复杂，处理费时，无法实现振动实时测量。多普勒效应测振法凭借其优异的测量准确度和分辨力具有广泛的应用，但仍存在信号解调困难、测量距离短等问题。基于分布式光纤传感技术的测振法可实现远距离测量，但其线性范围窄，测量分辨力低，难以实现振动目标的动态测量。综上所述，在满足测量精度及分辨力的前提下，现有激光测振技术难以同时满足高频带范围及远距离振动测量的高适应性需求。

发明内容

为克服现有测振技术中难以满足宽频带范围及远距离振动测量的缺点，本发明公开的利用双微腔飞秒光学频率梳的远程宽频带测振系统及方法要解决的技术问题是：利用双微腔飞秒光学频率梳实现远程宽频带测振，具有信号解调算法简单、测量速度快、振动频率范围宽及可实现远距离实时测振及数据传输等优点，有利于远距离宽频带振动目标的实际工程测量。

所述远距离指在km量级。

所述实际工程领域包括火箭、弹道发射等领域的振动测量。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是。