一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种振动检测装置，尤其涉及一种基于超声波外调制的激光干涉振动 检测装置。
【背景技术】
[0002] 外差激光干涉仪因其高分辨率，高精度等优点而被广泛应用。但随着检测精度的 提高，外差激光干涉仪的检测精度是影响其测量精度的关键因素。因此，提高激光干涉仪的 检测精度是提高其测量精度的重要保障。为了解决激光干涉振动测量问题，德国polytic 公司，美国光动力公司进行了激光多普勒振动测量仪器开发，其测量精度只能达到nm量 级。在激光干涉振动测量中，声光移频产生外差是常用的方法之一，而据Peter B等发表的 Random speckle Modulation Technique for Laser Interferometry 中报道：外差干涉检 测的精度表达如下公式所示： a = (1/4II ) (4hvB/P n) 1/2r' 其中x为波长，h为普朗克常数，B为带宽，P为接收功率，n为光电转换效率，V为激 光频率，K为常数。
[0003] 由此可知，当B越小时，可探测到的物体振动值越小，而polytic公司以及美国光 动力公司采用传统的声光移频方法作为外差移频，其B值一般大于40MHz，因此其检测精度 还有很多可提高的空间。
[0004] 为提高检测精度，在其它情况不变的时，可以通过改变B来提高检测灵敏度。中 国专利号为200910241696. 6,申请日为2009年12月2日的"一种用于振动检测的调制解 调系统及方法"公开了采用PZT(Piezoelectric Ceramic Transducer，压电陶瓷）驱动反 射引起光程变化的方法，但在该方法中，PZT本身具有非线性，给振动测量带来较大误差，同 时镜面在移动过程中要始终与入射光保持垂直等均存在难度。
[0005] 因为测量目标为漫反射体，所以其反射回来的光斑为散斑，散斑意味着光斑分布 不均匀，如果探测器刚好处在亮斑位置时，系统信噪比较高，而当测量目标振动时，散斑移 动，探测器检测到的可能是比较暗的地方，此时信噪比会变得很差。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为解决目前外差激光干涉振动检测仪检测灵敏度低、单PZT调制 非线性和测量目标漫发射的散斑不均匀的技术问题。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测 装置，光纤激光器的输出端连接到3db光纤分束器的输入端，所述3db光纤分束器的第一输 出端连接到光纤合束器的第一输入端，3db光纤分束器的第二输出端连接到测量目标的第 一输入面，所述测量目标的第二输入面与PZT以及超声波发生器连接，测量目标的输出面 与光学接收天线输入端连接，所述光学接收天线输出端与所述光纤合束器的另一输入端连 接，光纤合束器的输出端与探测器的输入端连接，所述探测器的输出端与解调器输入端连 接，解调器对探测器输出的信号进行PGC+DCM (Phase Generated Carrier+Differentiate Cross Multiply，相位生成载波+微波交叉相乘）解调； 所述超声波发生器产生的超声波信号与PZT产生的振动信号同时驱动所述测量目标 进行振动，使所述光学接收天线接收到的信号产生多普勒频移，光学接收天线输出的信号 进入所述光纤合束器后与所述3db光纤分束器输入至光纤合束器的光发生干涉，生成干涉 信号，在此干涉信号中，其中超声波信号频率比较高，确定为相移载波，而PZT信号为需要 检测的微小振动信号。
[0008] 进一步地，所述超声波发生器产生的超声波信号频率为20KHz，信号强度为 100db，超声波信号对所述测量目标进行同频驱动而使测量目标振动，则干涉系统产生光程 差，形成外相位调制。
[0009] 进一步地，所述PZT紧贴所述测量目标，PZT的振动频率小于2KHZ，振幅小于所述 光纤激光器输出激光波长的四分之一。
[0010] 进一步地，所述PZT的振动频率为1KHZ。
[0011] 进一步地，所述光纤激光器为窄线宽保偏及稳频激光器。
[0012] 进一步地，所述光纤激光器的线宽小于lOKHz。
[0013] 进一步地，所述3db光纤分束器的分光比为50%。
[0014] 进一步地，与所述3db光纤分束器连接的所有光纤为保偏光纤。
[0015] 进一步地，所述测量目标为玻璃或铝板。
[0016] 进一步地，所述探测器的频率带宽>lMHz。
[0017] 本发明可以使外差相移频率随超声波频率变化而变化。因为超声波频率相对可以 调得比较低，所以其带宽B值比较小，可以实现带宽B值降低4-5个数量级，检测灵敏度可 达亚纳米量级，显著提高振动检测的精度。同时，超声波外调制方式还可避免采用PZT调制 而引出的非线性问题，改善测量目标漫反射的散斑不均匀性问题。本发明结构更加简单紧 凑，降低了系统成本，提高了系统稳定性。
【附图说明】
[0018] 图1为基于超声波外调制激光干涉振动检测结构示意图； 图2为PGC+DCM解调原理框图； 图3为解调出的振动信号波形。
[0019] 图中：1.光纤激光器；2.3db光纤分束器；3.测量目标；4.PZT;5.超声波发生器； 6.光学接收天线；7.光纤合束器；8.探测器；9.解调器。
【具体实施方式】
[0020] 现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意 图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，且其不应理 解为对本发明的限制。
[0021] 如图1所示，光纤激光器1的输出端连接到3db光纤分束器2的输入端，光纤激光 器1为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于lOKHz，波长为1550nm ;3db光纤分束器2为保偏 分束器，其分光比为50%，与3db光纤分束器2连接的所有光纤为保偏光纤，3db光纤分束器 2的第一输出端连接到光纤合束器6的第一输入端，3db光纤分束器2的第二输出端连接到 测量目标3的第一输入面，测量目标3的第二输入面与PZT4以及超声波发生器5连接，测 量目标3的输出面与光学接收天线6的输入端连接，测量目标3为玻璃或铝板等反射介质， 光学接收天线6的输入端接收测量目标3的漫反射光并将其耦合进入光纤，其输出端连接 光纤合束器7,光学接收天线6的输出端与光纤合束器7的另一输入端连接，光纤合束器7 的输出形成干涉场，光纤合束器7的输出端与探测器8的输入端连接，探