[发明专利]一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法

说明书

本发明公开了一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法，属于干涉测量技术领域，包括对被测点振动有关的相位差进行带通滤波后即可得到气固界面声波。本发明能够准确计算载波相位调制度和相位延迟，该算法通过载波相位延迟估计算法得到θ_c和通过相位调制深度估计算法得出调制深度C，利用载波相位延迟和相位调制深度对正交干涉信号对进行预归一化处理，显著减少了由于相位调制深度和载波相位延迟引起的解调结果的非线性误差。

技术领域

本发明涉及干涉测量的技术领域，尤其涉及一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法。

背景技术

目前的技术发展而言，激光干涉技术是最优的非接触气固界面声波探测手段。气固界面声波的振幅非常微弱，往往只有几个纳米。要实现被测位移纳米级的分辨力，干涉信号的相位解调是必要的；而要实现干涉信号的相位解调，则必须获得正交的干涉信号对。目前有3种获取正交干涉信号对的方法：由外差干涉仪输出信号经过特定算法处理得到；由单频激光干涉仪经过偏振器件分光得到；由正弦相位调制干涉仪输出信号经过特定算法处理得到。前两种方法受到器件偏振泄漏的影响，使相位解调产生难以消除的非线性误差。越来越多的学者开始关注正弦相位调制单频激光干涉仪，利用PGC-DCM算法或者PGC-Arctan算法便能够实现干涉信号的相位解调。但是，由于固体界面并不是理想的反射面，它使干涉信号强度发生功率起伏变化，这导致干涉信号对的幅值发生起伏变化，使得相位调制深度和载波相位延迟引起的解调结果的非线性误差大。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法。

为实现上述目的，本发明提供一种正弦相位调制激光干涉仪探测气固界面声波的解调方法，包括：

假设相位调制的载波调制深度为C，载波频率为ω_c，且所述载波为正弦波；

根据迈克尔逊干涉仪的原理，获得干涉信号I_s(t)；

利用贝塞尔恒等式和三角函数公式将所述干涉信号I_s(t)分解，使得所述干涉信号分解为各次谐波项之和；

根据FFT算法，可得所述干涉信号中各个频率分量的幅值；

根据干涉信号中频率为Nω_n、(Nω_n+ω_c)、(Nω_n+2ω_c)以及(Nω_n+3ω_c)，定义衰减比，所述衰减比为所述载波调制深度为C的函数；

通过查表法确定所述调制深度C的值；

将所述干涉信号I_s(t)中直流分量通过交流耦合采样方法滤除，并用一倍频载波信号和二倍频载波信号与所述干涉信号进行混频，再经过低通滤波后，得到正交干涉信号对：

利用90°移相的一倍频载波信号与所述干涉信号I_s(t)混频、低通滤波后，可得信号；

根据所述信号和所述正交干涉信号对，可得所述载波相位延迟θ_c的值；

根据得到的所述调制深度C的值和所述载波相位延迟θ_c的值，对所述正交干涉信号对进行归一化处理，得到所述干涉条纹可见度系数I₁：

根据所述调制深度C的值、所述载波相位延迟θ_c的值和所述干涉条纹可见度系数I₁的值，得到被测点振动有关的相位差

对所述被测点振动有关的相位差进行带通滤波后，得到气固界面声波。

优选的是，根据迈克尔逊干涉仪的原理，获得干涉信号I_s(t)为：