專利名稱：遠距離散射物微振動信號測量和保真拾取干涉儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及非接觸激光測振技術，更具體地說是一種遠距離散射物微振動信號的測量和保真拾取裝置。
背景技術：
振動信號的測量和保真拾取均可以采用多普勒(Doppler)干涉技術。近距離無接觸檢測一般采用雙光束干涉(two-beam interference)和自混合(self-mixing)技術，幅度精度已達亞納米量級。當檢測距離較遠時，一般采用參考光邁克爾遜(Michelson)干涉技術，但是當測量距離較遠(如大于25米)時，常常需在被測物表面加裝增加回返光強度的合作目標。
在一些實際應用中，由于環(huán)境的限制，測量設備必須遠離被測物，且被測物表面無法加裝合作目標，并且有一定測量角度。研究發(fā)現(xiàn)，在該使用環(huán)境中，傳統(tǒng)多普勒測振儀的信噪比難以滿足測量和保真拾取的要求。因為當檢測距離較遠、測量角度較大且無合作目標時，由于接收信號光能量的迅速衰減，使得檢測到的光信號極其微弱；此外，距離較遠時，除了散斑干涉、光源的偏振漂移及散射面的退偏效應、環(huán)境擾動等所帶來的噪聲之外，在短距離檢測時體現(xiàn)不出來的光源相位噪聲也變成了噪聲的重要來源之一。由此導致了干涉系統(tǒng)信噪比的迅速降低。
傳統(tǒng)的多普勒測振儀所使用的激光光源，其激光線寬和光功率不能同時滿足遠距離測量要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是避免上述現(xiàn)有技術中所存在的不足之處，提供一種可提高信號光功率、降低系統(tǒng)相位噪聲，最終實現(xiàn)遠距離無合作目標微振動信號測量和保真拾取的遠距離散射物微振動信號測量和保真拾取干涉儀。
本實用新型解決技術問題所采用的技術方案是本實用新型的結構特點是以光纖激光器為光源，光路為光纖激光器的輸出經(jīng)保偏光纖和準直器后以平行光束至偏振分束器A，其后，一路經(jīng)λ/4波片投射出望遠系統(tǒng)，聚焦到遠距離目標物上，以遠距離目標物的散射光為信號光；另一路作為本地參考光經(jīng)由λ/4波片和反射鏡反射回偏振分束器A；由望遠系統(tǒng)收集的信號光及本地參考光透過偏振分束器A后，先經(jīng)過使信號光及參考光的偏振方向同時旋轉(zhuǎn)45度的半波片，再經(jīng)過偏振分束器B分別至形成干涉信號的光電檢測器D1和光電檢測器D2。
本實用新型通過采用大功率，具有單縱模、超窄激光線寬光纖激光器，有效地提高信號光的功率、降低了干涉儀中的相位噪聲；采用望遠鏡將激光光束聚焦在振動物體表面上，并利用望遠鏡收集散射回的信號光；利用平衡檢測法降低系統(tǒng)噪聲，提高檢測靈敏度。
與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在1、本實用新型通過采用大功率窄線寬單縱模的光纖激光器，其激光線寬小于5KHz，光功率大于10mW，激光波長處在眼睛安全波段。有效地提高信號光的功率、降低了在遠距離檢測時干涉儀中的相位噪聲，提高靈敏度極限。
2、本實用新型通過保偏光纖準直器和望遠系統(tǒng)構成的激光光束投射變換光學系統(tǒng)，有效提高光源功率的利用效率。最終實現(xiàn)遠距離無合作目標微振動信號的測量和保真拾取。
3、本實用新型通過利用望遠鏡鎖定目標物，簡單實用。


圖1為本實用新型結構示意圖。
圖2為本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
參見圖1，本實施例以光纖激光器1為光源，利用望遠系統(tǒng)6將激光聚焦到振動目標物13上，其散射光為信號光，再由望遠系統(tǒng)6對信號光匯聚。
具體光路為光纖激光器1的輸出經(jīng)保偏光纖2和準直器3后以平行光束至A偏振分束器4，其后，一路經(jīng)λ/4波片5投射出望遠系統(tǒng)6，另一路作為本地參考光經(jīng)由λ/4波片8和反射鏡7反射回A偏振分束器4；由望遠系統(tǒng)6收集的信號光及本地參考光透過A偏振分束器4后，先經(jīng)過半波片9使信號光及參考光的偏振方向同時旋轉(zhuǎn)45度，再經(jīng)過B偏振分束器10分別在D1光電檢測器11和D2光電檢測器12上形成可轉(zhuǎn)換成調(diào)頻電信號的干涉信號。
在這一光路結構中，位于信號光路中的λ/4波片5將返回信號光的偏振態(tài)垂直于出射激光偏振態(tài)，使到達D1光電檢測器11和D2光電檢測器12的光功率最強；位于本地參考光路中的λ/4波片8用于調(diào)節(jié)參考光的光強；半波片9用于調(diào)節(jié)到達B偏振分束器10信號光和參考光的偏振態(tài)，使D1光電檢測器11和D2光電檢測器12的光功率平衡，只有在平衡時，兩路平衡檢測法才能有效降低噪聲和提高信噪比。
具體實施中，準直器3位于望遠系統(tǒng)6的成像面中心。保偏光纖2與準直器3用于將發(fā)散角較大的激光光束變換成平行光束。
為了有效地提高信號光的功率、降低干涉儀中的相位噪聲，本實施例中的光纖激光器為單縱模、激光線寬小于5KHz、邊模抑制比大于20dB、激光功率大于10mW。
此外，所有的光學器件表面均鍍增透膜；波片均采用零級石英波片；光電檢測器D1和光電檢測器D2應該是同種光電管，響應度要盡量一致；光電檢測器D1和光電檢測器D2位置在望遠系統(tǒng)的成像面上。
具體電路為PD1和PD2為參數(shù)對稱的光電檢測器(InGaAs/InP PIN探測器)，A1和A2是同型號低噪聲運算放大器，PD1、A1和反饋電阻Rf1構成了互阻抗式低噪聲前置放大器；PD2、A2和反饋電阻Rf2構成了同樣參數(shù)的互阻抗式低噪聲前置放大器。由這兩組具有同樣參數(shù)前置放大器和后繼電路中的減法器構成平衡檢測電路，其中可調(diào)電阻Rt1和Rt2用于進一步微調(diào)兩路平衡態(tài)，以保證減法器輸出的直流量為零。帶通濾波器的帶寬需根據(jù)被測對象的振動頻率和幅度加以調(diào)整。解相器用于將振動信號從調(diào)頻信號中還原出來。
權利要求1.遠距離散射物微振動信號測量和保真拾取干涉儀，其特征是以光纖激光器(1)為光源，光路為光纖激光器(1)的輸出經(jīng)保偏光纖(2)和準直器(3)后以平行光束至偏振分束器A(4)，其后，一路經(jīng)λ/4波片(5)投射出望遠系統(tǒng)(6)，聚焦到遠距離目標物(13)上，并以距離目標物(13)上的散射光為信號光；另一路作為本地參考光經(jīng)由λ/4波片(8)和反射鏡(7)反射回偏振分束器A(4)；由望遠系統(tǒng)(6)收集的信號光及本地參考光透過偏振分束器A(4)后，先經(jīng)過使信號光及參考光的偏振方向同時旋轉(zhuǎn)45度的半波片(9)，再經(jīng)過偏振分束器B(10)分別至形成干涉信號的光電檢測器D1(11)和光電檢測器D2(12)。
2.根據(jù)權利要求1所述的遠距離散射物微振動信號測量和保真拾取干涉儀，其特征是所述光纖激光器的輸出激光為單縱模，其激光線寬小于5KHz。
專利摘要遠距離散射物微振動信號測量和保真拾取干涉儀，以光纖激光器為光源，其輸出經(jīng)保偏光纖和準直器后至偏振分束器A，其后，一路經(jīng)λ/4波片投射出望遠系統(tǒng)，聚焦到遠距離目標物上，以其散射光為信號光；另一路作為本地參考光經(jīng)由λ/4波片和反射鏡反射回偏振分束器A；望遠系統(tǒng)收集的信號光及本地參考光透過偏振分束器A后，先經(jīng)半波片、再經(jīng)過偏振分束器B分別至形成干涉信號的光電檢測器D1和D2。本實用新型有效提高光源功率利用效率、降低系統(tǒng)相位噪聲，實現(xiàn)遠距離無合作目標微振動信號的測量和保真拾取。
文檔編號G01M7/02GK2612937SQ03221860
公開日2004年4月21日 申請日期2003年5月14日 優(yōu)先權日2003年5月14日
發(fā)明者俞本立, 吳海濱, 蘇坤, 楊青, 甄勝來, 曹志剛 申請人:安徽大學