[发明专利]用于激光测振仪的多普勒频移信号处理方法及其电路系统

说明书

本发明提供一种用于激光测振仪的多普勒频移信号处理方法及其电路系统，该激光测振仪用于测量被测目标的速度，包括：通过模数转化器将获取的多普勒频移模拟信号转化为多普勒频移数字信号；通过全数字锁相环对所述多普勒频移数字信号进行处理，以通过所述全数字锁相环中的数字环路滤波器输出振动数字信号；以及通过数模转化器将所述振动数字信号转化为振动模拟信号，其中，所述振动信号的幅值表征该被测目标所引发的频移量，所述频移量用于获取该被测目标的速度。通过这样的方式，该方法能够实现在强干扰和噪声存在的情况下，解调出被测目标的位移、速度或振动信息等，且提高信噪比，适用于远距离测量或高速测量。

技术领域

本发明涉及激光测量领域，尤其涉及一种用于激光测振仪的多普勒频移信号处理方法及其电路系统。

背景技术

激光测振仪又称外差干涉仪、双频干涉仪、交流干涉仪或激光干涉仪等，其普遍应用于测量因被测目标的变化如位移、振动、转动或者大气扰动等因素引起的光波相位变化或者多普勒频移，并经解调后获得该被测目标的位移、速度或振动信息。

激光测振仪的原理为：激光在半反半透玻璃镜的作用下分成两束，一束为测量光，一束为参考光，其中，参考光束通过声光调制器进行调制，以具有一定的频移。测量光被聚焦到被测目标表面，并且受被测目标表面的变化引发反射回激光接收机系统的测量光产生一个多普勒频移。反射回来的测量光和参考光发生干涉得到一个A sin(wt+Φ)的光强变化曲线。进而，通过信号处理器对多普勒频移信号进行处理便能够获得该被测目标的振动信息。

一般情况下，激光测振仪的测量信号与噪声之间的比值越高，即信噪比越高，测量精确度越高。为了提高信噪比，目前的激光测量仪的发射功率较低，以使信号和噪声的强度较低，以此提高信噪比，但是由于发射功率较低，对于较远距离如大于50米的测量，激光测振仪接收的多普勒频移信号较为微弱或丢失信号等，导致测量灵敏度降低。

另外，对于高速测量，即测量振动或移动速度较快的被测目标，激光测振仪接收的多普勒频移信号的频率较大，例如对于10m/s的测速，根据多普勒公式Δf＝2v/λ,λ＝632.8nm，计算得出多普勒频移信号为32MHz，因此激光测振仪的信号接收带宽必须大于等于32MHz，而噪声强度与带宽成正比，导致噪声的强度也较高，信噪比较低，测量精度较差。

因此，传统的激光测振仪在测量较远距离或者测量高速的被测目标时，信号频率较大，会存在较强的干扰和噪声，信噪比较低，导致传统的激光测振仪的信号处理器无法成功地解调出被测目标的振动信号。也就是说，传统的激光测振仪的信号处理器由于在测量远距离(如大于300米)或测量高速的被测目标时解调出振动信号与噪声的比值较低，即信噪比较低，而无法被适用。换句话说，传统的激光测振仪存在着测量信号的信噪比低，测量距离或速度有限等的技术难题。

也就是说，目前市场上亟需一种适用于远距离测量或高速测量，且信噪比较高的用于激光测振仪的多普勒频移信号处理方法及其电路系统。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一种用于激光测振仪的多普勒频移信号处理方法及其电路系统，其能够在强干扰和噪声存在的情况下，解调出被测目标的位移、速度或振动信息等，且提高信噪比，适用于远距离测量或高速测量。

本发明的另一个优势在于提供一种用于激光测振仪的多普勒频移信号处理方法及其电路系统，其采用全数字锁相环对所述多普勒频移信号进行处理，以跟踪所述多普勒频移信号瞬时相位的变化，通过所述全数字锁相环中的数字环路滤波器输出振动数字信号，从而解调获得被测目标的振动信息等。

本发明的另一个优势在于提供一种用于激光测振仪的多普勒频移信号处理方法及其电路系统，其电路实施简单，稳定可靠，价格低廉，应用范围较广。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。