t) =Po+Pi(9)cos{43T[Lo+Aosin(23rf。· t) ]/A}+P2(9)cos{83T[Lo+Aosin(23rf0 · t)]A} (6)
[0052] 经过傅里叶变换，得到激光功率的频域信号：
[0053] m)=r (/)
[0054] 下面以具体的试验数据说明本发明所述的基于激光自混合干涉的同时测量角度 与振动的方法及装置的工作过程：
[0055] 本发明所述的基于激光自混合干涉的同时测量角度与振动的装置包括:选用波长 为1550nm、输出功率为30mW的光纤耦合的DFB激光器1作为光源，该光源发射出的激光束经 一个分光比为50:50的光纤分束器2分成两束。一束激光经过焦距为lcm的光纤聚焦器3后， 照射在表面为镜面反射表面的压电陶瓷5上，形成反馈光。压电陶瓷5在光纤聚焦器3的焦距 上，压电陶瓷的振动幅度A〇的范围是0到4000mVpp，振动频率f Q保持140Hz不变，振动角度Θ变 化范围是0.930°到1.140°。另外一束激光与光电探测器6相连，光电检测其6检测得到激光 自混合干涉的时域信号。利用频谱分析模块7将该激光自混合干涉的时域信号转换为频域 信号。在计算机8中分别读取拍频和峰值差，并通过曲线拟合得到拟合系数1^ = 0.014，k2 = 0.028,如图3所示，利用预先标定好的拍频和振动幅度的拟合公式(8)或者(9)测得振动幅 度Aq ;同时通过曲线拟合得到拟合系数XI = -66 · 816，X2 = 342 · 766，σ = 5 · 905，如图4所示，利 用预先标定好的拍频和振动幅度的拟合公式（10)测得转动角度Θ，从而实现振动幅度和转 动角度的同时测量。
[0056] 标定后的压电陶瓷的振幅Ao的计算公式为
[0057] Ao = fi/0.014 (8)
[0058] 或者
[0059] Ao = f2/0.028 (9)
[0060] 标定后的被测物体转角Θ的计算公式为
[0061] D "川，112.697、 .. ^ - 342.766 巧『-關 6-^^ΧΡ〖-2Χ(^^-)?(1〇)
[0062] 综上所述，本发明所述的基于激光自混合干涉的同时测量角度及振动的方法及装 置能够解决现有技术中存在的不足，在保持单通道激光自混合系统的结构简单、造价低廉、 校准容易等优点的同时，先通过频谱分析，将时域信号转换为频域信号，再利用预先标定好 的频域信号和角度以及振动之间的关系，来实现被测物体的旋转角度和振动的同时测量； 该方法及装置无需复杂的信号分离提取和额外的电光频移，在实现角度和振动的同时测 量，还能有效的解决多通道激光自混合干涉系统复杂和信号提取困难，单通道激光自混合 干涉系统难以同时测量角度和振动的问题。
[0063] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1. 基于激光自混合干设的同时测量角度与振动的方法，其特征在于:激光器发射出的 激光禪合进入到光纤分束器中，被光纤分束器分成两束激光，其中一束激光经光纤聚焦器 聚焦到安装在被测物体表面的压电陶瓷的反射面上，被压电陶瓷的反射面反射后，再经光 纤聚焦器和光纤分束器回到激光器的内腔中，在激光器的内腔中发生激光自混合干设； 另外一束激光输入至光电探测器中，当激光器的内腔中发生激光自混合干设时，光电 探测器检测激光器的输出功率，获取激光自混合干设的时域信号，再采用频谱分析模块将 激光自混合干设的时域信号转换为频域信号； 根据激光自混合干设的频域信号，采用公式Ao = f/k，计算得到压电陶瓷的振动幅度Ao， 其中，f表示激光自混合干设的频域信号的拍频，k表示对一系列不同振动幅度Ao下的激光 自混合干设的频域信号进行曲线拟合后得到的拟合系数； 根据激光自混合干设的频域信号，采用公式计算得到被测物体的转动角度Θ，其中，Pdif表示激光自混合干设的频域信号中的两个峰值 的功率差;^1、^和〇均表示对一系列不同转动角度0下的激光自混合干设的频域信号进行曲 线拟合后得到的拟合系数。2. 实施权利要求1所述的基于激光自混合干设的同时测量角度与振动的方法的装置， 其特征在于:包括激光器（1)、光纤分束器(2)、光纤聚焦器(3)、安装在被测物体(4)表面的 压电陶瓷(5)、光电探测器(6)、频谱分析模块(7)、计算机(8)和用于带动被测物体转动的旋 转电机(9); 所述激光器(1)的输出端与所述光纤分束器(2)的输入端相连;所述光纤分束器(2)，其 第一输出端与所述光纤聚焦器(3)的输入端相连，其第二输出端与所述光电探测器(6)的输 入端相连;所述光电探测器(6)的输出端与所述频谱分析模块(7)的输入端相连;所述频谱 分析模块(7)的输出端与所述计算机(8)的输入端相连;所述计算机(8)的输出端分别与所 述压电陶瓷(5)、所述旋转电机(9)的输入端相连； 所述激光器（1)发射出的激光，经所述光纤分束器(2)分成两束激光，其中一束激光经 光纤聚焦器（3)聚焦到所述压电陶瓷（5)上，经所述压电陶瓷（5)反射后，再经光纤聚焦器 (3)和光纤分束器(2)回到所述激光器(2)的内腔中，在所述激光器（1)的内腔中发生激光自 混合干设；另外一束激光输入至所述光电探测器(6)中；所述光电探测器(6)，用于检测所述 激光器（1)的输出功率，获取激光自混合干设的时域信号;所述频谱分析模块(7)用于将激 光自混合干设的时域信号转换为频域信号;所述计算机(8)，用于对所述旋转电机(9)的转 动角度和所述压电陶瓷(5)的振动幅度进行调节，还用于根据激光自混合干设的频域信号， 计算出被测物体(4)的转动角度及压电陶瓷(5)振动幅度。3. 根据权利要求2所述的基于激光自混合干设的同时测量角度与振动的方法的装置， 其特征在于:所述光纤聚焦器(3)与所述压电陶瓷(5)的反射面之间的距离等于所述光纤聚 焦器(3)的焦距。4. 根据权利要求2所述的基于激光自混合干设的同时测量角度与振动的方法的装置， 其特征在于:所述压电陶瓷(5)的反射面为镜面反射面。
【专利摘要】本发明涉及一种基于激光自混合干涉的同时测量角度与振动的方法及装置，该方法及装置能够解决现有技术中存在的不足，在保持单通道激光自混合系统的结构简单、造价低廉、校准容易等优点的同时，先通过频谱分析，将时域信号转换为频域信号，再利用预先标定好的频域信号和角度以及振动之间的关系，来实现被测物体的旋转角度和振动的同时测量。本发明无需复杂的信号分离提取和额外的电光频移，在实现角度和振动的同时测量，还能有效的解决多通道激光自混合干涉系统复杂和信号提取困难，单通道激光自混合干涉系统难以同时测量角度和振动的问题。
【IPC分类】G01B11/26, G01H9/00
【公开号】CN105547197
【申请号】CN201510923479
【发明人】刘建国, 孙悟, 桂华侨, 王焕钦, 程寅, 刘文清, 陆亦怀, 吕亮, 杨义新, 余同柱
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月10日