一種基于超聲波外調(diào)制的激光干涉振動檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種振動檢測裝置，尤其涉及一種基于超聲波外調(diào)制的激光干涉振動 檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 外差激光干涉儀因其高分辨率，高精度等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。但隨著檢測精度的 提高，外差激光干涉儀的檢測精度是影響其測量精度的關(guān)鍵因素。因此，提高激光干涉儀的 檢測精度是提高其測量精度的重要保障。為了解決激光干涉振動測量問題，德國polytic 公司，美國光動力公司進行了激光多普勒振動測量儀器開發(fā)，其測量精度只能達到nm量 級。在激光干涉振動測量中，聲光移頻產(chǎn)生外差是常用的方法之一，而據(jù)Peter B等發(fā)表的 Random speckle Modulation Technique for Laser Interferometry 中報道：外差干涉檢 測的精度表達如下公式所示： a = (1/4II ) (4hvB/P n) 1/2r' 其中x為波長，h為普朗克常數(shù)，B為帶寬，P為接收功率，n為光電轉(zhuǎn)換效率，V為激 光頻率，K為常數(shù)。
[0003] 由此可知，當(dāng)B越小時，可探測到的物體振動值越小，而polytic公司以及美國光 動力公司采用傳統(tǒng)的聲光移頻方法作為外差移頻，其B值一般大于40MHz，因此其檢測精度 還有很多可提高的空間。
[0004] 為提高檢測精度，在其它情況不變的時，可以通過改變B來提高檢測靈敏度。中 國專利號為200910241696. 6,申請日為2009年12月2日的"一種用于振動檢測的調(diào)制解 調(diào)系統(tǒng)及方法"公開了采用PZT(Piezoelectric Ceramic Transducer，壓電陶瓷）驅(qū)動反 射引起光程變化的方法，但在該方法中，PZT本身具有非線性，給振動測量帶來較大誤差，同 時鏡面在移動過程中要始終與入射光保持垂直等均存在難度。
[0005] 因為測量目標為漫反射體，所以其反射回來的光斑為散斑，散斑意味著光斑分布 不均勻，如果探測器剛好處在亮斑位置時，系統(tǒng)信噪比較高，而當(dāng)測量目標振動時，散斑移 動，探測器檢測到的可能是比較暗的地方，此時信噪比會變得很差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為解決目前外差激光干涉振動檢測儀檢測靈敏度低、單PZT調(diào)制 非線性和測量目標漫發(fā)射的散斑不均勻的技術(shù)問題。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于超聲波外調(diào)制的激光干涉振動檢測 裝置，光纖激光器的輸出端連接到3db光纖分束器的輸入端，所述3db光纖分束器的第一輸 出端連接到光纖合束器的第一輸入端，3db光纖分束器的第二輸出端連接到測量目標的第 一輸入面，所述測量目標的第二輸入面與PZT以及超聲波發(fā)生器連接，測量目標的輸出面 與光學(xué)接收天線輸入端連接，所述光學(xué)接收天線輸出端與所述光纖合束器的另一輸入端連 接，光纖合束器的輸出端與探測器的輸入端連接，所述探測器的輸出端與解調(diào)器輸入端連 接，解調(diào)器對探測器輸出的信號進行PGC+DCM (Phase Generated Carrier+Differentiate Cross Multiply，相位生成載波+微波交叉相乘）解調(diào)； 所述超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波信號與PZT產(chǎn)生的振動信號同時驅(qū)動所述測量目標 進行振動，使所述光學(xué)接收天線接收到的信號產(chǎn)生多普勒頻移，光學(xué)接收天線輸出的信號 進入所述光纖合束器后與所述3db光纖分束器輸入至光纖合束器的光發(fā)生干涉，生成干涉 信號，在此干涉信號中，其中超聲波信號頻率比較高，確定為相移載波，而PZT信號為需要 檢測的微小振動信號。
[0008] 進一步地，所述超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波信號頻率為20KHz，信號強度為 100db，超聲波信號對所述測量目標進行同頻驅(qū)動而使測量目標振動，則干涉系統(tǒng)產(chǎn)生光程 差，形成外相位調(diào)制。
[0009] 進一步地，所述PZT緊貼所述測量目標，PZT的振動頻率小于2KHZ，振幅小于所述 光纖激光器輸出激光波長的四分之一。
[0010] 進一步地，所述PZT的振動頻率為1KHZ。
[0011] 進一步地，所述光纖激光器為窄線寬保偏及穩(wěn)頻激光器。
[0012] 進一步地，所述光纖激光器的線寬小于lOKHz。
[0013] 進一步地，所述3db光纖分束器的分光比為50%。
[0014] 進一步地，與所述3db光纖分束器連接的所有光纖為保偏光纖。
[0015] 進一步地，所述測量目標為玻璃或鋁板。
[0016] 進一步地，所述探測器的頻率帶寬>lMHz。
[0017] 本發(fā)明可以使外差相移頻率隨超聲波頻率變化而變化。因為超聲波頻率相對可以 調(diào)得比較低，所以其帶寬B值比較小，可以實現(xiàn)帶寬B值降低4-5個數(shù)量級，檢測靈敏度可 達亞納米量級，顯著提高振動檢測的精度。同時，超聲波外調(diào)制方式還可避免采用PZT調(diào)制 而引出的非線性問題，改善測量目標漫反射的散斑不均勻性問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)更加簡單緊 湊，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為基于超聲波外調(diào)制激光干涉振動檢測結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為PGC+DCM解調(diào)原理框圖； 圖3為解調(diào)出的振動信號波形。
[0019] 圖中：1.光纖激光器；2.3db光纖分束器；3.測量目標；4.PZT;5.超聲波發(fā)生器； 6.光學(xué)接收天線；7.光纖合束器；8.探測器；9.解調(diào)器。
【具體實施方式】
[0020] 現(xiàn)在結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意 圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成，且其不應(yīng)理 解為對本發(fā)明的限制。
[0021] 如圖1所示，光纖激光器1的輸出端連接到3db光纖分束器2的輸入端，光纖激光 器1為窄線寬保偏及穩(wěn)頻激光器，線寬小于lOKHz，波長為1550nm ;3db光纖分束器2為保偏 分束器，其分光比為50%，與3db光纖分束器2連接的所有光纖為保偏光纖，3db光纖分束器 2的第一輸出端連接到光纖合束器6的第一輸入端，3db光纖分束器2的第二輸出端連接到 測量目標3的第一輸入面，測量目標3的第二輸入面與PZT4以及超聲波發(fā)生器5連接，測 量目標3的輸出面與光學(xué)接收天線6的輸入端連接，測量目標3為玻璃或鋁板等反射介質(zhì)， 光學(xué)接收天線6的輸入端接收測量目標3的漫反射光并將其耦合進入光纖，其輸出端連接 光纖合束器7,光學(xué)接收天線6的輸出端與光纖合束器7的另一輸入端連接，光纖合束器7 的輸出形成干涉場，光纖合束器7的輸出端與探測器8的輸入端連接，探