[发明专利]一种扩大调频连续波激光干涉测量量程的方法

说明书

本发明涉及光学调频连续波干涉测量技术领域，扩大调频连续波激光干涉测量量程的方法。调频连续波激光干涉得到的是一个动态拍频信号，其频率和初相位都与干涉仪中信号光和参考光之间的光程差有关，当光程差较小或较大时，无法正常精确鉴别初相位或光程差，所以调频连续波激光干涉有两个“死区”。本发明提供的技术方案是：通过测量当前干涉信号的拍频频率，改变调频连续波激光光源的激光频率调制度，使干涉信号的拍频频率始终处在可有效鉴相的频率范围内。本发明的优点是：不仅可以减小光程差较小时的“前死区”，而且还可以消除光程差较大时的“后死区”，从而大幅度扩大调频连续波激光干涉测量量程。

技术领域：

本发明涉及光学调频连续波干涉测量技术领域，具体涉及一种扩大调频连续波激光干涉测量量程的方法。

背景技术：

光学调频连续波(FMCW)干涉是一项新的精密测量技术。这种光学干涉技术使用一个光频率周期性连续线性调制的激光光源。当干涉装置中的信号光和参考光相遇干涉时，所产生的干涉信号是一个动态拍频信号，其频率和初位相都与信号光和参考光之间的光程差有关。当光程差较小时，由于拍频频率较低，可能无法鉴别初位相及其变化方向，理论分析指出，只有拍频频率大于或等于2.5倍的激光器调制频率，才能正常鉴别初相位。调频连续波激光干涉有两个“死区”，光程差较小时对应的称为“前死区”，当光程差较大时，拍频频率较高，由于数字信号处理电路中的ADC采样频率是国定不变的，每个拍频周期内的信号数据量必然减少，严重影响测量精确、甚至无法进行测量，称为“后死区”。死区的存在，限制了调频连续波激光干涉的测量量程。

发明内容：

本发明提出一种扩大调频连续波激光干涉测量量程的方法，以克服现有技术存在的调频连续波激光干涉的测量量程受限的问题。

为了达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是：一种扩大调频连续波激光干涉测量量程的方法，其特征在于：通过测量当前干涉信号的拍频频率，所述拍频频率为线性调制，改变调频连续波激光光源的激光频率调制度，使干涉信号的拍频频率始终处在可有效鉴相的频率范围内，以便能够精确的测量干涉信号的初位相及其变化，从而大幅度扩大调频连续波激光干涉测量量程。

当拍频频率＝3×调制频率时，按照2/3等比级数增大激光器驱动信号调制直线斜率，更新线性调制数据表格，直至拍频频率3×调制频率。

当拍频频率＝10×调制频率时，按照2/3等比级数减小插值直线斜率为k，更新线性调制数据表格，直至拍频频率10×调制频率。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、通过本发明的方法，使干涉信号的拍频频率始终处在一个合适的频率范围内，以便能够精确的测量干涉信号的初位相及其变化。

2、本方法不仅可以减小“前死区”，而且还可以消除“后死区”，从而大幅度扩大调频连续波激光干涉测量量程。

3、本方法不仅适用于锯齿波调制调频连续波干涉，也适用于三角波调制调频连续波干涉。

附图说明：

图1是半导体激光器的驱动信号为锯齿波波形时，不同k值驱动电流的波形。

具体实施方式：

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

根据光学调频连续波干涉理论，如果激光频率是线性调制(例如锯齿波调制或三角波调制)，对于任何双光束光学调频连续波干涉系统，干涉信号的光强度I(τ,t)可以表示为

I(τ，t)＝I₀[1+Vcos(ατt+ω₀τ)] (1)