基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统，包括包括激光发生装置、检测单元和采集卡，还包括静态测量单元和/或动态测量单元，静态测量单元包括衰减器和静态测量支路，激光发生装置的两输出端分别与检测单元的输入端连接，检测单元的第一输出端通过动态测量单元与采集卡连接，第二输出端通过静态测量支路与采集卡连接。本发明专利技术在静态测量时利用微波干涉进行测量，在动态测量时基于多普勒效应进行测量，将静态测量与动态测量相结合，可以同时保证位移测量范围和测量精度；静态位移测量和动态位移相融合的结构简单，本发明专利技术适用范围较广且测量精度较高、测量范围较大。大。大。

【技术实现步骤摘要】
基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统


[0001]本专利技术属于位移测量领域，具体涉及一种基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统。

技术介绍

[0002]当前在高深径比受限的空间内进行位移测量时，多采用普通光干涉的方式，由于空间大小受限很难做到收发分离，因此通常将探头对准待测物，利用探头和待测物表面的反射光进行干涉测量。为了提高干涉的对比度，需要在探头端面镀膜增加反射率，且对于表面反射率不同的待测物，需要更换端面具有不同反射率的探头，以使探头端面的反射率与待测物表面的反射率匹配，这给实际应用带来了很大的不便。此外，在进行光干涉测量时，为了减少外部环境对探头与待测物之间空间光的干扰，需要保证探头与待测物距离较近，这样会导致干涉的自由光谱范围较小，从而导致普通光干涉的测量范围较小。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统，以解决目前位移测量系统光干涉对比度较低且测量范围较小的问题。
[0004]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统，包括激光发生装置、检测单元和采集卡，还包括静态测量单元和/或动态测量单元，所述静态测量单元包括衰减器和静态测量支路，所述激光发生装置的两输出端分别与所述检测单元的输入端连接，所述检测单元的第一输出端通过所述动态测量单元与所述采集卡连接，第二输出端通过所述静态测量支路与所述采集卡连接；
[0005]所述激光发生装置将产生的波长不同的两路非相干光传输给所述检测单元，所述检测单元将相同的微波信号加载至所述两路非相干光中，将加载有该微波信号的第一波长的第一路非相干光传输给所述检测单元中的探头，待测物在接收到该探头发出的该第一路非相干光后，将反射光传回该探头，所述检测单元将所述反射光和加载有该微波信号的第二波长的第二路非相干光合束传输给所述静态测量支路和/或动态测量单元；
[0006]所述衰减器对所述反射光和第二路非相干光中至少一个的光强进行调节；
[0007]所述静态测量支路用于对所述反射光和第二路非相干光的延时差进行调节，对完成光强和延时差调节后的反射光和第二路非相干光进行拍频检测，得到第一拍频电信号，并恢复出两路微波信号发生微波干涉，产生微波干涉电信号；根据所述采集卡采集到的微波干涉电信号，确定所述探头与待测物之间的距离，从而计算出所述待测物在静止状态下的位移；
[0008]当待测物处于运动状态时，基于激光多普勒效应，所述反射光中引入了多普勒频移，所述动态测量单元用于将所述第二路非相干光滤除，对所述反射光和所述激光发生装置提供的第一波长的非相干光进行拍频检测，得到第二拍频电信号；根据所述采集卡采集到的第二拍频电信号，计算出待测物的运动速度，在时间上对运动速度进行积分，从而计算
出所述待测物在运动状态下的位移。
[0009]在一种可选的实现方式中，所述衰减器对所述反射光和第二路非相干光中至少一个的光强进行调节，提高所述反射光和第二路非相干光的光强一致性，以此来增加所述微波干涉的对比度；
[0010]对所述反射光和第二路非相干光的延时差进行调节时，增大所述反射光和第二路非相干光的延时差，可提高位移测量精度；减小所述反射光和第二路非相干光的延时差，可扩大位移测量范围。
[0011]在另一种可选的实现方式中，所述检测单元包括第一耦合器、电光调制器、第一波分复用器、环形器、探头和第二耦合器，所述激光发生装置的两输出端分别与所述第一耦合器的两输入端对应连接，所述第一耦合器的输出端通过所述电光调制器连接所述第一波分复用器，所述第一波分复用器的第一输出端连接该环形器的第一端，第二输出端连接该第二耦合器的第二输入端，所述环形器的第二端连接所述探头，第三端连接该第二耦合器的第一输入端，所述第二耦合器的第一输出端作为该检测单元的第一输出端，通过该动态测量单元连接该采集卡，所述第二耦合器的第二输出端作为该检测单元的第二输出端，通过该静态测量支路连接该采集卡；
[0012]所述激光发生装置产生的波长不同的两路非相干光经该第一耦合器合束后传输给该电光调制器；所述电光调制器将微波信号加载至所述两路非相干光中；所述第一波分复用器将加载有微波信号的两路非相干光按波长不同分成两路，其中第一波长的第一路非相干光被传输给该环形器的第一端，第二波长的第二路非相干光被传输给该第二耦合器的第二输入端；所述环形器通过其第二端将该第一路非相干光传输给该探头，待测物在接收到该探头发出的该第一路非相干光后，将反射光传回该探头到达该环形器，反射光经该环形器的第三端传输给该第二耦合器的第一输入端。
[0013]在另一种可选的实现方式中，所述激光发生装置包括第一单频激光器和第二单频激光器，所述第一单频激光器和第二单频激光器的输出端分别作为该激光发生装置的两输出端，与所述检测单元的两输入端对应连接；
[0014]所述第一单频激光器用于产生第一波长的非相干光，所述第二单频激光器用于产生第二波长的非相干光。
[0015]在另一种可选的实现方式中，所述衰减器设在以下至少一个位置处：所述激光发生装置的第一输出端与所述第一耦合器的第一输入端之间、所述激光发生装置的第二输出端与所述第一耦合器的第二输入端之间、所述第一波分复用器的第一输出端与所述环形器的第一端之间、所述环形器的第二端与所述探头之间、所述环形器的第三端与所述第二耦合器的第一输入端之间、所述第一波分复用器的第二输出端与所述第二耦合器的第二输入端之间；
[0016]所述静态测量支路包括色散模块和第二光电探测器，所述检测单元的第二输出端依次通过该色散模块、第二光电探测器连接该采集卡；
[0017]所述色散模块对所述反射光和第二路非相干光的延时差进行调节，所述第二光电探测器对完成光强和延时差调节后的反射光和第二路非相干光进行拍频检测，得到第一拍频电信号，并恢复出两路微波信号发生微波干涉，产生微波干涉电信号。
[0018]在另一种可选的实现方式中，所述动态测量单元包括第二波分复用器和第一光电
探测器，所述第二波分复用器的输入端与该检测单元的第一输出端连接，输出端与该第一光电探测器的第一输入端连接，所述第一光电探测器的输出端与该采集卡连接；所述激光发生装置还包括第三耦合器，所述第一单频激光器的输出端连接该第三耦合器的输入端，所述第三耦合器的第一输出端连接该检测单元的输入端，第二输出端连接该第一光电探测器的第二输入端；
[0019]所述第二波分复用器用于将所述第二路非相干光滤除，将所述反射光传输给所述第一光电探测器，所述第一光电探测器对所述反射光和所述激光发生装置提供的第一波长的非相干光进行拍频检测，得到第二拍频电信号。
[0020]在另一种可选的实现方式中，所述激光发生装置产生的第一波长的非相干光的光强表示为：E1(t)＝A1exp(jω1t)；所述激光发生装置产生的第二波长的非相干光的光强表示为：E2(t)＝A2exp(jω2t)；其中A1，A2，ω1，ω2分别为两路非相干光的振幅和角频率；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统，其特征在于，包括激光发生装置、检测单元和采集卡，还包括静态测量单元和/或动态测量单元，所述静态测量单元包括衰减器和静态测量支路，所述激光发生装置的两输出端分别与所述检测单元的输入端连接，所述检测单元的第一输出端通过所述动态测量单元与所述采集卡连接，第二输出端通过所述静态测量支路与所述采集卡连接；所述激光发生装置将产生的波长不同的两路非相干光传输给所述检测单元，所述检测单元将相同的微波信号加载至所述两路非相干光中，将加载有该微波信号的第一波长的第一路非相干光传输给所述检测单元中的探头，待测物在接收到该探头发出的该第一路非相干光后，将反射光传回该探头，所述检测单元将所述反射光和加载有该微波信号的第二波长的第二路非相干光合束传输给所述静态测量支路和/或动态测量单元；所述衰减器对所述反射光和第二路非相干光中至少一个的光强进行调节；所述静态测量支路用于对所述反射光和第二路非相干光的延时差进行调节，对完成光强和延时差调节后的反射光和第二路非相干光进行拍频检测，得到第一拍频电信号，并恢复出两路微波信号发生微波干涉，产生微波干涉电信号；根据所述采集卡采集到的微波干涉电信号，确定所述探头与待测物之间的距离，从而计算出所述待测物在静止状态下的位移；当待测物处于运动状态时，基于激光多普勒效应，所述反射光中引入了多普勒频移，所述动态测量单元用于将所述第二路非相干光滤除，对所述反射光和所述激光发生装置提供的第一波长的非相干光进行拍频检测，得到第二拍频电信号；根据所述采集卡采集到的第二拍频电信号，计算出待测物的运动速度，在时间上对运动速度进行积分，从而计算出所述待测物在运动状态下的位移。2.根据权利要求1所述的基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统，其特征在于，所述衰减器对所述反射光和第二路非相干光中至少一个的光强进行调节，提高所述反射光和第二路非相干光的光强一致性，以此来增加所述微波干涉的对比度；对所述反射光和第二路非相干光的延时差进行调节时，增大所述反射光和第二路非相干光的延时差，可提高位移测量精度；减小所述反射光和第二路非相干光的延时差，可扩大位移测量范围。3.根据权利要求1所述的基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统，其特征在于，所述检测单元包括第一耦合器、电光调制器、第一波分复用器、环形器、探头和第二耦合器，所述激光发生装置的两输出端分别与所述第一耦合器的两输入端对应连接，所述第一耦合器的输出端通过所述电光调制器连接所述第一波分复用器，所述第一波分复用器的第一输出端连接该环形器的第一端，第二输出端连接该第二耦合器的第二输入端，所述环形器的第二端连接所述探头，第三端连接该第二耦合器的第一输入端，所述第二耦合器的第一输出端作为该检测单元的第一输出端，通过该动态测量单元连接该采集卡，所述第二耦合器的第二输出端作为该检测单元的第二输出端，通过该静态测量支路连接该采集卡；所述激光发生装置产生的波长不同的两路非相干光经该第一耦合器合束后传输给该电光调制器；所述电光调制器将微波信号加载至所述两路非相干光中；所述第一波分复用器将加载有微波信号的两路非相干光按波长不同分成两路，其中第一波长的第一路非相干光被传输给该环形器的第一端，第二波长的第二路非相干光被传输给该第二耦合器的第二
输入端；所述环形器通过其第二端将该第一路非相干光传输给该探头，待测物在接收到该探头发出的该第一路非相干光后，将反射光传回该探头到达该环形器，反射光经该环形器的第三端传输给该第二耦合器的第一输入端。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统，其特征在于，所述激光发生装置包括第一单频激光器和第二单频激光器，所述第一单频激光器和第二单频激光器的输出端分别作为该激光发生装置的两输出端，与所述检测单元的两输入端对应连接；所述第一单频激光器用于产生第一波长的非相干光，所述第二单频激光器用于产生第二波长的非相干光。5.根据权利要求4所述的基于微波干涉与激光多普勒效应的位移测量系统，其特征在于，所述衰减器设在以下至少一个位置处：所述激光发生装置的第一输出端与所述第一耦合器的第一输入端之间、所述激光发生装置的第二输出端与所述第一耦合器的第二输入端之间、所述第一波分复用器的第一输出端与所述环形器的第一端之间、所述环形器的第二端与所述探头之间、所述环形器的第三端与所述第二耦合器的第一输入端之间、所述第一波分复用器的第二输出端与所述第二耦合器的第二输入端之间；所述静态测量支路包括色散模块和第二光电探测器，所述检测单元的第二输出端依次通过该色散模块、第二光电探测器连接该...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓明，冯丹祺，李中豪，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：