一种时域解调激光干涉仪调制信号的方法

　　引　言

　　随着振动校准技术的不断发展,在振动传感器的校准中,对振动台振动的测量要求越来越高,所以激光干涉仪作为高精度的测量装置已广泛地应用于振动台校准系统中[1,2]。由于目前振动测量主要集中在对振动台振幅的精确测量,多数解调装置实际上就是一台条纹计数器,有其非常大的局限性。它往往只能测量恒定幅值恒定频率振动的振幅,无法获得其他的振动信息,对类似调幅波、调频波等时变幅值和频率的振动无法测量,并且无法还原信号的时域波形。

　　本文中的激光干涉仪测量装置安装在低频水平测试校准系统上,它和电容位移传感器同时测量振动台的振动,通过多功能数据接口卡的A/D口同步采集它们的信号。根据本系统的运行需要,振动台除正弦波振动之外,还能产生三角波、锯齿波及调频波的振动,振动的幅值和频率不是恒定的,不仅需要测量振幅,还需要观察其实时输出。显然,此时常规的激光干涉仪无法满足测量要求。虽然电容位移传感器可实时监测振动台的振动,但是根据生产厂商提供的设备说明中,本系统所使用的电容位移传感器测量精度较低,只达到5%,并且在实际的校准过程中,由于环境和电气噪声、大地振动等噪声的干扰,特别是小振幅的情况下,被校传感器的校准精度较差,无法满足实用要求。因此,根据激光干涉仪的调制信号解调出振动台的振动波形,无论是对于恒定幅值和频率的振动还是时变幅值和频率的振动,都将具有重要的测量意义和实用价值。

　　1　激光干涉仪的物理结构

　　本文中的激光干涉仪采用单频Machelson干涉仪系统,其原理示意图如图1所示。A为激光源,它发出波长固定的激光,分光镜B将激光分为2束,一束射向定镜C,一束射向动镜D,它牢固安装在振动台上,随振动台的振动而移动。当动镜D移动时,经定镜C和动镜D的反射光在o处汇合产生干涉,E为光电探测器,将接受的光信号转换为电信号。调制器则根据光信号的强弱解调成电压信号,如图2上窗口所示。从而通过条纹计数解算出振动台的振幅[3～5]。

　　2　激光干涉仪调制信号的时域解调

　　2.1　时域解调调制信号的基本原理

　　振动校准设备中激光干涉测量的方法多为零差法。当振动台静止时,光电探测器接受到的光强是常数,所以输出电压为常数。当振动台的振动为正弦振动时

　　此时,光信号经光电倍增管进行转换后,输出的交流电信号电压[6,7]

　　若激光干涉仪调整到理想位置,即L1=L2,则式(2)可简化为

　　对于此激光干涉仪的调制信号,由于在其光电转换部分限幅,所以无法采集到完整的信号。图3中虚线部分为补齐的由于信号限幅而无法采集到的信号。