本实用新型专利技术公开的光学干涉式重力仪中的闭环信号采集装置，具有稳频激光光源、第一分束器、落体棱镜、参考棱镜、两个平行设置的平面反射镜、第二分束器、光电探测器、相位调制器以及PC上位机或者示波器。由光电探测器将落体棱镜下落过程中采集的光信号作为反馈信号输给相位调制器，相位调制器输出一个偏置相位，补偿落体下落过程中测试光和参考光之间的相位差，相位补偿至2π后立即重置，并且重复相位补偿过程。通过相位调制器引入的相位差以及产生相位差的电压值作为最后获得的信号数据。本实用新型专利技术结构简单，信号数据处理简便，测量灵敏度高。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集装置，尤其适用于绝对重力仪的信号采集系统中。
技术介绍
目前光学干涉式重力仪包括绝对重力仪中，由于需要采集到的信号在兆赫兹量级，因此现在普遍采用的信号采集方法为：由光电探测器将光信号转换为电信号之后，通过示波器获取条纹数据然后转存到PC端进行处理；或者使用光电探测器加上高速采集卡直接采集数据到PC端进行处理。这两种数据采集方法虽然采集过程比较简单，但是整个光学干涉系统的测量灵敏度未充分利用，这样会给最后得到的测量数据带来误差，并且大量的条纹数据处理起来十分复杂。
技术实现思路
有鉴于现有技术的不足，本技术的目的是提出一种信号数据处理简便，测量灵敏度高的光学干涉式重力仪中的闭环信号采集装置。本技术的光学干涉式重力仪中的闭环信号采集装置，具有稳频激光光源、第一分束器、落体棱镜、参考棱镜、两个平行设置的平面反射镜、第二分束器、光电探测器、相位调制器以及PC上位机或者示波器，其中稳频激光光源、第一分束器、相位调制器、第二分束器和光电探测器依次在同一水平直线上，落体棱镜和参考棱镜位于第一分束器两侧并在同一竖直直线上，相位调制器的输入端与第一分束器的输出端相连，相位调制器的输出端与第二分束器的输入端相连，第二分束器的输出端与光电探测器的输入端相连，光电探测器的输出端与PC上位机或者示波器的输入端相连，光电探测器的信号输出端与相位调制器的信号输入端相连，相位调制器的信号输出端与PC上位机或者示波器的信号输入端相连。该装置在信号采集过程中，使落体棱镜在真空中进行自由落体运动，从第一位置下落到第二位置，下落过程中由稳频激光光源发出的光经过第一分束器分为两束，其中一束光作为测试光路，竖直向上依次经过落体棱镜、参考棱镜和两个平行设置的平面反射镜反射到达第二分束器，另一束光作为参考光路，水平出射经过相位调制器射入第二分束器，落体棱镜在下落过程中，测试光和参考光之间有光程差在第二分束器处发生干涉，第二分束器输出干涉条纹信号传输给光电探测器，由光电探测器将输入的光信号转换成为电信号分两路输出，其中一路信号作为反馈信号输给相位调制器，另一路信号传送给PC上位机或者示波器进行数据保存和处理，相位调制器根据输入的反馈信号调节偏置电压，在参考光路中引入一个补偿相位差使测试光和参考光的总相位差保持不变，相位调制器的输出信号输入PC上位机或者示波器，由PC上位机或者示波器将相位调制器的偏置电压进行处理计算，作为计算重力加速度g值的测量数据。本技术的有益效果在于：本技术结构简单；其中的光电探测器一直保持在灵敏度最大的状态，测量精度较高；由相位调制器的输出电压作为信号数据，处理起来较为方便。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为光学干涉式重力仪中光电探测器采集到的光强信号与信号采集光路的相位差之间的关系。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行进一步说明。本技术的光学干涉式重力仪中的闭环信号采集装置，如图1所示，具有稳频激光光源1、第一分束器2、落体棱镜3、参考棱镜4、两个平行设置的平面反射镜5、第二分束器6、光电探测器9、相位调制器11以及PC上位机或者示波器10的信号采集装置，其中稳频激光光源1、第一分束器2、相位调制器11、第二分束器6和光电探测器9依次在同一水平直线上，落体棱镜3和参考棱镜4位于第一分束器2两侧并在同一竖直直线上，两个平行设置的平面反射镜5用来保证经过平面反射镜5向上出射的光线沿竖直方向，相位调制器11的输入端与第一分束器2的输出端相连，相位调制器11的输出端与第二分束器6的输入端相连，第二分束器6的输出端与光电探测器9的输入端相连，光电探测器9的输出端与PC上位机或者示波器10的输入端相连，光电探测器9的信号输出端与相位调制器11的信号输入端相连，相位调制器11的信号输出端与PC上位机或者示波器10的信号输入端相连。信号采集过程中，使落体棱镜3在真空中进行自由落体运动，从第一位置7下落到第二位置8，下落过程中由稳频激光光源1发出的光经过第一分束器2分为两束，其中一束光作为测试光路，竖直向上射入落体棱镜3，经过反射后射入正下方的参考棱镜4，然后经过两个平行设置的平面反射镜5竖直向上射入第二分束器6，另一束光作为参考光路，水平出射经过相位调制器11射入第二分束器6，落体棱镜3在下落过程中，测试光和参考光之间有光程差在第二分束器6处发生干涉，第二分束器6输出光信号传输给光电探测器9，由光电探测器将输入的光信号转换成化为电信号分两路输出，其中一路信号作为反馈信号输给相位调制器11，另一路信号传送给PC上位机或者示波器10进行数据保存和处理，相位调制器11根据输入的反馈信号调节偏置电压，在参考光路中引入一个补偿相位差使测试光和参考光的总相位差保持不变，相位调制器11的输出信号输入PC上位机或者示波器10，由PC上位机或者示波器10将相位调制器的偏置电压进行处理计算，作为计算重力加速度g值的测量数据。假设第一分束器2的分束比为1:1，则信号采集光路的输出光强为其中，I0为稳频激光光源1发出的光强，为光电探测器9探测到的测试光和参考光之间的相位差。图2是光学干涉式重力仪中光电探测器9采集到的光强信号与信号采集光路的相位差之间的关系示意图，由图2可知光电探测器9采集到的光强与信号采集光路的相位差呈周期性正弦变化，因此当相位差为π/2±2π时，光电探测器9采集到的光强信号随着相位差的轻微变化非常明显，即光电探测器9对光信号的敏感度最高。因此不论落体棱镜3的下落距离为多大，测试光和参考光之间的相位差均由相位调制器11进行补偿，且光电探测器9所采集到的两束光之间的相位差为定值在落体棱镜3从第一位置7下落到第二位置8的过程中，由于参考光路的光程缩短，测试光和参考光之间的相位差不断在减小。考虑到相位调制器11的调制能力有限，又由图2可知光电探测器9采集到的光强与信号采集光路的相位差呈周期为2π的周期性变化，即因此将相位差以2π作为一个周期，相位调制器11每调制2π相位后立即将偏置电压调至时的值，再继续重复，使得偏置电压也呈周期性的变化。这样既可以完成相位补偿，同时能够将相位调制需求保持在相位调制器11的调制能力之内。相位调制器11的输出信号输入PC上位机或者示波器10，由PC上位机或者示波器10将相位调制器进行相位补偿时的电压变化数据进行处理作为测量数据，计算重力加速度g值。在本实施例中相位调制器可采用美国THORLABS公司的LN27S-FC，带宽35GHz，半波电压7.0v，满足相位调制需求，但不仅限于此型号的相位调制器。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集装置，其特征是该装置具有稳频激光光源（1）、第一分束器（2）、落体棱镜（3）、参考棱镜（4）、两个平行设置的平面反射镜（5）、第二分束器（6）、光电探测器（9）、相位调制器（11）以及PC上位机或者示波器（10），其中稳频激光光源（1）、第一分束器（2）、相位调制器（11）、第二分束器（6）和光电探测器（9）依次在同一水平直线上，落体棱镜（3）和参考棱镜（4）位于第一分束器（2）两侧并在同一竖直直线上，相位调制器（11）的输入端与第一分束器（2）的输出端相连，相位调制器（11）的输出端与第二分束器（6）的输入端相连，第二分束器（6）的输出端与光电探测器（9）的输入端相连，光电探测器（9）的输出端与PC上位机或者示波器（10）的输入端相连，光电探测器（9）的信号输出端与相位调制器（11）的信号输入端相连，相位调制器（11）的信号输出端与PC上位机或者示波器（10）的信号输入端相连。
【技术特征摘要】
1.一种光学干涉式重力仪中的闭环信号采集装置，其特征是该装置具有稳频激光光源（1）、第一分束器（2）、落体棱镜（3）、参考棱镜（4）、两个平行设置的平面反射镜（5）、第二分束器（6）、光电探测器（9）、相位调制器（11）以及PC上位机或者示波器（10），其中稳频激光光源（1）、第一分束器（2）、相位调制器（11）、第二分束器（6）和光电探测器（9）依次在同一水平直线上，落体棱镜（3）和参考棱镜（4）位于第一分束...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄腾超，陈傲，庞斌，车双良，舒晓武，刘承，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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