激光相位载波多普勒振动信号的检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种激光相位载波多普勒振动信号的检测系统，尤其涉及一种基 于正交解调的激光相位载波多普勒振动信号的检测系统。
【背景技术】
[0002] 振动检测技术目前应用越来越广泛，而且要求越来越高，要求能够对待测目标微 小的振动幅度进行检测，从而获取更多信息或及时发现所存在的隐患，即对于振动侦听技 术而言，希望能检测到的物体振动幅度越小越好，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：
[0003] a-?? ) (4hvB/P η ) 1/2K 1
[0004] 其中λ为波长，h为普朗克常数，B为带宽，P为接收功率，η为光电转换效率，V 为激光波长，K为常数。
[0005] 由此可知，当B越小时，可探测到的物体振动值越小，而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，因此相对B值较小的移相器件其探测精度更高。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是为解决目前采用声光移方法作为外差移频时带宽B值太大， 导致振动检测灵敏度低的技术问题。
[0007] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种激光相位载波多普勒振动信号的检 测系统，包括信号发生单元、光路单元和解调单元；
[0008] 所述信号发生单元包括信号发生器，信号发生器的输出信号分为两路，第一路经 信号处理器后输出两路正交信号sin (Csin (cot))和cos (Csin (cot))，第二路经DA转 换器后输出相移驱动信号sin ( cot);
[0009] 所述光路单元包括激光器和电光调制器，激光器输出的光经分束器分为信号光和 参考光，参考光输入电光调制器的信号输入端，信号光输入第一分光棱镜，所述信号发生单 元输出的相移驱动信号Sin ( COt)输入电光调制器的电信号驱动端，电光调制器在相移驱 动信号sin ( ω?)的作用下输出的相移参考光输入到第二分光棱镜；通过第一分光棱镜的 信号光在待测目标表面反射后形成的返回信号光再次进入第一分光棱镜，返回信号光再反 射到第二分光棱镜，返回信号光与相移参考光在第二分光棱镜中混合并干涉形成干涉光， 干涉光输入光电探测器后经处理器输出干涉信号；
[0010] 所述解调单元包括四个乘法器、两个低通滤波器、两个微分器、一个减法器和一个 积分器，解调单元的输入端连接来自所述信号发生单元的两路正交信号Sin (Csin (COt)) 及cos (Csin (cot))和来自光路单元的干涉信号，干涉信号经AD转换器后分为两路，其中 一路与cos (Csin (COt))-并送入第一乘法器相乘，另一路与sin (Csin (COt))-并送 入第二乘法器相乘；第一乘法器输出的乘积经一低通滤波器后分为两路，其中一路经一微 分器后送入第三乘法器，另一路直接送入第四乘法器，第二乘法器输出的乘积经另一低通 滤波器后分为两路，其中一路经另一微分器后送入第四乘法器，另一路直接送入第三乘法 器；第三乘法器输出的乘积和第四乘法器输出的乘积送入减法器，减法器输出的差送入积 分器；ω为所述电光调制器调制载波引起的移相频率；
[0011] 所述第一分光棱镜正对所述待测目标的一侧，待测目标的另一侧设有振动信号 源，为待测目标提供振动信号。
[0012] 进一步地，所述激光器为窄线宽半导体激光器，工作波长为1550nm，频率稳定度为 10 7,功率稳定度为1%。
[0013] 进一步地，所述电光调制器的调制频率范围为ΙΟΚΗζ。
[0014] 进一步地，所述光电探测器为内置前级放大的PIN型探测器。
[0015] 进一步地，所述解调单元为在FPGA中通过数字逻辑实现的硬件模块。
[0016] 本实用新型可以采用电光调制器EOM (Electro Optic Modulator))调制来实现 光学移相，利用正交锁相+DCM (Differentiate Cross Multiply，微波交叉相乘)解调法实 现振动信号的解调。采用电光移相的方法，带宽B值可以小到几 KHz，作为载波，带宽B值非 常小，可大大提尚振动检测的灵敏度。本实用新型提供的基于电光调制方法调制的激光多 普勒正交解调侦听方法，能够以较低的成本大幅改善传统零差检测法的抗环境扰动性，同 时与传统的基于声光移频激光多普勒振动检测方法精度更高，且系统光学结构简单，具有 良好的环境适应性。
【附图说明】
[0017] 图1为信号发生单元原理框图；
[0018] 图2为光路单元原理框图；
[0019] 图3为解调单元原理框图；
[0020] 图4为解调算法计算流程图；
[0021] 图5为解调出的振动信号波形图。
[0022] 图中：1激光器；2分束器；3电光调制器；4待测目标；5振动信号源；6第一分光棱 镜；7第二分光棱镜；8光电探测器；9信号发生器；10信号处理器；11 DA转换器、12 AD转 换器；I第一乘法器；II第二乘法器；III第三乘法器；IV第四乘法器。
【具体实施方式】
[0023] 现在结合附图和实施例对本实用新型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实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构 成，且其不应理解为对本实用新型的限制。
[0024] 如图1-3所示，本实用新型的激光相位载波多普勒振动信号的检测系统包括图1 所示的信号发生单元、图2所示的光路单元和图3所示的解调单元；
[0025] 信号发生单元包括信号发生器9,信号发生器9的输出信号分为两路，第一路经信 号处理器10后输出两路正交信号sin (Csin (cot))和cos (Csin (cot))，第二路经DA转 换器后输出相移驱动信号sin ( cot);
[0026] 光路单元包括激光器1和电光调制器3,激光器1为窄线宽半导体激光器，工作波 长为1550nm，频率稳定度为10 7,功率稳定度为1%，电光调制器3的调制频率范围为ΙΟΚΗζ， 激光器1输出的光经分束器2分为信号光和参考光，参考光输入电光调制器3的信号输入 端，信号光输入第一分光棱镜6,信号发生单元输出的相移驱动信号sin ( ω?)输入电光调 制器3的电信号驱动端，电光调制器3在相移驱动信号sin ( ω?)的作用下输出的相移参 考光输入到第二分光棱镜7 ;通过第一分光棱镜6的信号光在待测目标4表面反射后形成 的返回信号光再次进入第一分光棱镜6,返回信号光再反射到第二分光棱镜7,返回信号光 与相移参考光在第二分光棱镜7中混合并干涉形成干涉光，干涉光输入光电探测器8后经 处理器输出干涉信号，光电探测器8为内置前级放大的PIN型探测器；
[0027] 解调单元为在FPGA中