测器8的频率带宽 >lMHz，通过探测器8检测出干涉信号，探测器8的输出端与解调器9的输入端连接，解调器 9对探测器8输出的信号进行PGC+DCM解调； 超声波发生器5产生的频率为20KHz，强度为lOOdb的超声波信号与紧贴测量目标3的 PZT4产生的振动频率为lKHz，振幅小于光纤激光器1输出激光波长四分之一的振动信号同 时驱动测量目标3进行振动，使光学接收天线6接收到的信号产生多普勒频移，光学接收天 线6输出的信号进入光纤合束器7后与3db光纤分束器2输入至光纤合束器7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，则干涉系统产生光程差，形成外相位调制。
[0022] 测量目标3与PZT4以及超声信号发生器5相连接，从而得到振动信号，同时，测量 目标3接收来自3db光纤分束器2的入射光，并通过漫反射的方式与光学接收天线6相连接， 通过该方式形成多普勒信号，其中超声波可以设为相位移频载波，PZT4信号为需检测的微弱 振动信号，由探测器8检出后可通过传统的PGC+DCM解调方法将其解调出来，如图2所示。
[0023] 当光纤激光器1开启后，窄线宽激光器发出单模窄线宽激光，激光通过3db光纤分 束器2进行分光，其中一路进入光纤合束器7中，另外一路照射到测量目标3,测量目标3 在超声波发生器5以及PZT4驱动下进行振动，超声波发生器5引起测量目标振动幅度为： =Dx sin(Wi x t)，PZT4引起测量目标振动幅度为：AL2=EXsm(o^Xt)，则照射到 测量目标3上的光通过光接收天线6接收，并耦合进入光纤合束器7中，在光纤合束器7中， 两路光相干涉，探测器8检测到的干涉信号为：
可米用传统的 PGC+DCM(Phase Generated Carrier+Differentiate Cross Multiply， 相位生成载波+微波交叉相乘）解调方式，具体解调方法与中国专利号为200910072532. 5 的"一种用于振动检测的调制解调系统及方法"中的解调算法相同，可以消除扰动对系统的 影响，提高信噪比，同时可以很好地解调出
[0025] 当PZT驱动器为PZT4提供幅度为0.0 lv，周期为400Hz信号时，PZT4的振动幅度 为pm量级，因此测量目标3的振动幅度也为pm量级，采用声光移频外差进行探测时，由于 带宽B太宽，检测精度不够而检测不出信号，采用本发明进行探测处理，可以得到信噪比较 好的的400Hz信号，最终解调出的振动信号波形如图3所示。
[0026] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完 全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术 性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【主权项】
1. 一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特征在于，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。2. 根据权利要求1所述的一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特征在 于，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lOOdb，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。3. 根据权利要求1或2所述的一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特 征在于，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。4. 根据权利要求1所述的一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特征在 于，所述PZT的振动频率为IKHz。5. 根据权利要求1所述的一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特征在 于，所述光纤激光器为窄线宽保偏及稳频激光器。6. 根据权利要求5所述的一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特征在 于，所述光纤激光器的线宽小于lOKHz。7. 根据权利要求1所述的一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特征在 于，所述3db光纤分束器的分光比为50%。8. 根据权利要求7所述的一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特征在 于，与所述3db光纤分束器连接的所有光纤为保偏光纤。9. 根据权利要求1所述的一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特征在 于，所述测量目标为玻璃或铝板。10. 根据权利要求1所述的一种基于超声波外调制的激光干涉振动检测装置，其特征 在于，所述探测器的频率带宽>lMHz。
【专利摘要】本发明公开了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解调。本发明使外差相移频率随超声波频率变化而变化，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。
【IPC分类】G01H9/00
【公开号】CN104931126
【申请号】CN201510392114
【发明人】曾华林, 李博皓, 陆小英, 李耀祖, 张心宇
【申请人】江苏安智光电科技有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年7月6日