CN110749371A - 一种偏振激光多普勒测振*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种偏振激光多普勒测振***，包括光源组件、干涉光路组件和信号处理组件，所述光源组件包括线偏振激光器、二分之一波片、第一反射镜和第一偏振分束器；所述二分之一波片具有主轴结构，可沿圆周方向旋转；所述干涉光路组件包括移频器、第二偏振分束器、四分之一波片、扩束聚焦镜头、第二反射镜、偏振旋转器、偏振无关合分器、第三反射镜和平衡光电探测器；所述信号处理组件包括模数转换电路和无线收发电路，所述信号处理组件接收所述平衡光电探测器的电信号，并通过所述模数转换电路完成模数转换和数字信号采样；综上，具有信号利用率高、信噪比增加、整体使用灵活性好和可自动调节的优点。
Description
技术领域
本发明属于测振设备技术领域，具体涉及一种偏振激光多普勒测振***。
背景技术
激光测振技术是基于振动物体对激光束的多普勒调制效应而发展起来的新的激光测量技术，同时包含激光器、移频器、分光器、准直镜头和探测器的外差干涉激光测振光路***一般是采用马赫增德尔(M-Z)型干涉***完成光束的干涉，进而从干涉信号中提取物体振动的频率、速度和位移等信息。这种利用干涉技术的激光测量***具有非接触、高精度、实时性和高分辨率的特点，较为广泛的应用于机械、电子、建筑、航天和航海等领域。
目前大多测振仪光路***均采用普通的宽带光分束元件作为光路的核心光学元件，这就导致从被测物体返回的光信号在进入干涉仪后有一半的能量损失掉，信号的利用率低下；对于众多被测物体的低散射效果，该技术同时又属于弱信号探测领域，对于单管探测器而言，一方面无法实现高幅信号，同时亦无法达到高信噪比，就会导致分辨率不高；此外，在一些众多不同待测物体的应用领域，其被测体的散射效果不尽相同，测振仪无法通过自动调节而实现对每一种物体的测量；同时测振仪必须通过线材连接电脑使用，往往一台电脑只能搭配一台测振仪使用，这样大大的限制了测振仪使用的灵活性。
针对现有激光测振技术在信号的利用率、信噪比、灵活性和自动调节方面存在一定的缺陷，本发明依据振动多普勒效应，利用光的偏振特性的一种偏振激光多普勒测振***，可有效解决以上问题，该测振***能够同时兼具上述特点，以解决实际测量问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种偏振激光多普勒测振***，以解决现有的测振仪在实际使用过程中，存在的信号的利用率、信噪比、灵活性和自动调节方面存在一定缺陷的问题。
本发明提供了如下的技术方案：
一种偏振激光多普勒测振***，包括光源组件、干涉光路组件和信号处理组件，所述光源组件包括线偏振激光器、二分之一波片、第一反射镜和第一偏振分束器；所述二分之一波片具有主轴结构，可沿圆周方向旋转；所述线偏振激光器发出的线偏振光经所述二分之一波片后由所述第一反射镜反射进入所述第一偏振分束器后分为偏振方向正交的垂直偏振光和第一水平偏振光；所述干涉光路组件包括移频器、第二偏振分束器、四分之一波片、扩束聚焦镜头、第二反射镜、偏振旋转器、偏振无关合分器、第三反射镜和平衡光电探测器；所述垂直线偏振光经过所述移频器后转变为第二水平偏振光，所述第二水平偏振光依次通过所述第二偏振分束器后、所述四分之一波片和所述扩束聚焦镜头，然后照射到被测物体表面，被测物体表面散射光经所述扩束聚焦镜头收集后被所述四分之一波片转变为信号光；所述第一水平偏振光被所述第二反射镜反射后进入所述偏振旋转器转变为垂直偏振的参考光；所述信号光和所述参考光进入所述偏振无关合分器后分为两路进行干涉，其中一路干涉光直接进入所述平衡光电探测器，另一路经所述第三反射镜反射后进入所述平衡光电探测器；所述信号处理组件包括模数转换电路和无线收发电路，所述信号处理组件接收所述平衡光电探测器的电信号，并通过所述模数转换电路完成模数转换和数字信号采样。
进一步的，所述测振***还包括远程客户端，所述远程客户端为带人机交互界面的电脑或服务器。
进一步的，所述远程客户端通过所述无线收发电路接收所述信号处理组件的数字信号。
进一步的，所述无线收发电路包括4G模块、WIFI模块或NB-IOT模块。
进一步的，所述远程客户端对数字信号进行解析，获取被测物体振动的频率、速度和幅度信息并保存。
进一步的，所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器采用单波长高透射偏振分离立方体，用于分离出正交偏振分量，同时将收集的所述信号光完全利用。
进一步的，所述四分之一波片具有光束传播方向无关的偏振方向旋转特性，用于将正向传输光束的偏振方向顺时针和反向传输光束的偏振方向逆时针旋转45°，将测量信号完全利用。
进一步的，所述平衡光电探测器用于增强信号质量和提高信噪比，增加所述测振***的分辨率和测量精度。
进一步的，所述扩束聚焦镜头具有先扩大后聚焦激光束的特性，用于将激光束聚焦同时达到准直输出，通过调节镜头使所述测振***能分别测量近距离和远距离的被测物体。
本发明的有益效果是：
本发明一种偏振激光多普勒测振***，通过在线偏振激光器后端加设二分之一波片，使得***能够改变测量光和参考光的强度比例，以适应不同散射率的被测物体；
该测振***干涉光路利用偏振相关器件，可实现回光信号的无损利用，提高了散射信号的利用率，增加了***的测量灵敏度；
通过平衡光电探测器的利用，增加了***探测信号的信噪比，提高了的测量分辨率；
采用扩束聚焦镜头具有先扩大后聚焦激光束的特性，既能将发射的激光束聚焦又能达到准直输出的目的，通过调节镜头使***既能测量近距离目标又能测量远距离目标；
通过无线收发电路和远程客户端，可以免除连线的麻烦，可以实现一个远程客户端同时接受多个测振***的数据，并进行分析和保存，使用灵活性更好。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明结构示意图；
图中标记为：1.线偏振激光器，2.二分之一波片，31.第一反射镜，4.第一偏振分束器，5.移频器，7.第二偏振分束器，10.四分之一波片，11.扩束聚焦镜头，32.第二反射镜，6.偏振旋转器，8.偏振无关合分器，33.第三反射镜，9.平衡光电探测器，12.模数转换电路，13.无线收发电路，14.被测物体。
具体实施方式
如图1所示，一种偏振激光多普勒测振***，包括光源组件、干涉光路组件和信号处理组件，光源组件包括线偏振激光器1、二分之一波片2、第一反射镜31和第一偏振分束器4；二分之一波片2具有主轴结构，可沿圆周方向旋转，通过改变主轴与线偏振激光束的偏振方向的夹角，从而改变测量光束和参考光束的强度比例；干涉光路组件包括移频器5、第二偏振分束器7、四分之一波片10、扩束聚焦镜头11、第二反射镜32、偏振旋转器6、偏振无关合分器8、第三反射镜33和平衡光电探测器9；
第一偏振分束器4和第二偏振分束器7采用单波长高透射偏振分离立方体，用于分离出正交偏振分量，同时将收集的信号光完全利用；四分之一波片10具有光束传播方向无关的偏振方向旋转特性，用于将正向传输光束的偏振方向顺时针和反向传输光束的偏振方向逆时针旋转45°，将测量信号完全利用；平衡光电探测器9用于增强信号质量和提高信噪比，增加测振***的分辨率和测量精度；扩束聚焦镜头11具有先扩大后聚焦激光束的特性，用于将激光束聚焦同时达到准直输出，通过调节镜头使测振***能分别测量近距离和远距离的被测物体14。
信号处理组件包括模数转换电路12和无线收发电路13，信号处理组件接收平衡光电探测器9的电信号，并通过模数转换电路12完成模数转换和数字信号采样。
测振***还包括远程客户端，远程客户端为带人机交互界面的电脑或服务器，远程客户端通过无线收发电路接收信号处理组件的数字信号，无线收发电路包括4G模块、WIFI模块或NB-IOT模块，远程客户端对数字信号进行解析，获取被测物体14振动的频率、速度和幅度信息并保存。
本具体实施方式的工作过程为：
线偏振激光器1发出的线偏振光经二分之一波片2后由第一反射镜31反射进入第一偏振分束器4后分为偏振方向正交的垂直偏振光和第一水平偏振光；
垂直线偏振光经过移频器5后转变为第二水平偏振光，第二水平偏振光透过第二偏振分束器7后偏振方向被四分之一波片10沿光束传播方向顺时针旋转45°变为圆偏振光，圆偏振光经过扩束聚焦镜头11照射到被测物体14表面，被测物体14表面散射的光经扩束聚焦镜头11收集后偏振方向被四分之一波片10沿光束传播方向逆时针旋转45°而变为垂直偏振的信号光；
第一水平偏振光被第二反射镜32反射后进入偏振旋转器6，偏振方向旋转90°后变为垂直偏振的参考光；信号光和参考光进入偏振无关合分器8后分为两路进行干涉，其中一路干涉光直接进入平衡光电探测器9，另一路经第三反射镜33反射后进入平衡光电探测器9；
信号处理组件接收平衡光电探测器9的电信号，并通过模数转换电路12完成模数转换和数字信号采样，并通过无线收发电路13将数学信号发送至远程客户端，远程客户端对数字信号进行解析，获取被测物体14振动的频率、速度和幅度信息并保存。
当被测物体14发生振动时，则被移频器5调制过的测量光束再受到振动速度的调制，其频率为fC+fM+fD，而参考光的频率为fC，经过干涉光路合束干涉后，信号频率变为fM+fD，再经过混频处理，即可解调出由振动产生的多普勒频率，进而可以算出瞬时振动速度，再根据多普勒频率的变化周期，从而求得物被测体14的振动频率，求得频率和速度后，则可以通过微分和积分，得出被测物体14振动的幅度信息。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种偏振激光多普勒测振***，包括光源组件、干涉光路组件和信号处理组件，其特征在于，所述光源组件包括线偏振激光器、二分之一波片、第一反射镜和第一偏振分束器；所述二分之一波片具有主轴结构，可沿圆周方向旋转；
所述线偏振激光器发出的线偏振光经所述二分之一波片后由所述第一反射镜反射进入所述第一偏振分束器后分为偏振方向正交的垂直偏振光和第一水平偏振光；
所述干涉光路组件包括移频器、第二偏振分束器、四分之一波片、扩束聚焦镜头、第二反射镜、偏振旋转器、偏振无关合分器、第三反射镜和平衡光电探测器；
所述垂直线偏振光经过所述移频器后转变为第二水平偏振光，所述第二水平偏振光依次通过所述第二偏振分束器后、所述四分之一波片和所述扩束聚焦镜头，然后照射到被测物体表面，被测物体表面散射光经所述扩束聚焦镜头收集后被所述四分之一波片转变为信号光；所述第一水平偏振光被所述第二反射镜反射后进入所述偏振旋转器转变为垂直偏振的参考光；所述信号光和所述参考光进入所述偏振无关合分器后分为两路进行干涉，其中一路干涉光直接进入所述平衡光电探测器，另一路经所述第三反射镜反射后进入所述平衡光电探测器；
所述信号处理组件包括模数转换电路和无线收发电路，所述信号处理组件接收所述平衡光电探测器的电信号，并通过所述模数转换电路完成模数转换和数字信号采样。
2.根据权利要求1所述的一种偏振激光多普勒测振***，其特征在于，所述测振***还包括远程客户端，所述远程客户端为带人机交互界面的电脑或服务器。
3.根据权利要求2所述的一种偏振激光多普勒测振***，其特征在于，所述远程客户端通过所述无线收发电路接收所述信号处理组件的数字信号。
4.根据权利要求3所述的一种偏振激光多普勒测振***，其特征在于，所述无线收发电路包括4G模块、WIFI模块或NB-IOT模块。
5.根据权利要求4所述的一种偏振激光多普勒测振***，其特征在于，所述远程客户端对数字信号进行解析，获取被测物体振动的频率、速度和幅度信息并保存。
6.根据权利要求1所述的一种偏振激光多普勒测振***，其特征在于，所述第一偏振分束器和所述第二偏振分束器采用单波长高透射偏振分离立方体，用于分离出正交偏振分量，同时将收集的所述信号光完全利用。
7.根据权利要求1所述的一种偏振激光多普勒测振***，其特征在于，所述四分之一波片具有光束传播方向无关的偏振方向旋转特性，用于将正向传输光束的偏振方向顺时针和反向传输光束的偏振方向逆时针旋转45°，将测量信号完全利用。
8.根据权利要求1所述的一种偏振激光多普勒测振***，其特征在于，所述平衡光电探测器用于增强信号质量和提高信噪比，增加所述测振***的分辨率和测量精度。
9.根据权利要求1所述的一种偏振激光多普勒测振***，其特征在于，所述扩束聚焦镜头具有先扩大后聚焦激光束的特性，用于将激光束聚焦同时达到准直输出，通过调节镜头使所述测振***能分别测量近距离和远距离的被测物体。
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| CN114679662A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-06-28 | 安徽至博光电科技股份有限公司 | 一种信号处理方法及*** |
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