专利名称：一种基于外差干涉信号的相位解调方法
技术领域：
本发明主要涉及到光学精密測量技术领域，特指ー种基于外差干渉信号的相位解调方法。
背景技术：
“激光外差干涉技术”是给干涉条纹的变化引入ー个载波，使普通干涉测量的直流信号系统转变为外差干涉测量的交流信号系统，从而大大增强系统的抗干扰能力和稳定性，它具有測量精度高、响应速度快、測量范围大、信噪比高、能够克服方向模糊且不受光强变化影响等优点，已被广泛应用于光学精密测量领域和纳米技术测量领域。然而，常规的普通外差干涉系统也存在着激光器外差频率不稳、波动较大的问题，这将直接影响到后续信号处理和系统测试性能。因此，寻找一种高效、稳定、高精度的外差干渉信号的信号处理方 法，实现对干涉条纹准确计数以及高倍细分，从而获取纳米级的測量精度，是外差干涉测量系统的ー个重要组成部分。“外差干渉信号处理”就是要从系统测量信号中将多普勒频移带来的频差或相差信息解调出来，从而得到被测物理量的大小。外差信号处理的方法很多，但总体上可以分为“频率解调法”和“相位解调法”两大类。频率解调法的优点是測量范围大，具有整数计数能力，能进行动态测量，可測量相位零点，其缺点是电路十分复杂，虽具有一定水平的细分能力，但很难达到高精度。因此，现今的外差干渉信号处理绝大部分均是采用相位解调的方法。“外差干渉信号相位解调法”是高精度外差干涉仪常用的信号处理方法，当被测物体发生移动时，光路形成的干涉条纹由于多普勒频移发生相位变化。相位解调法正是将參考信号与发生多普勒相移的測量信号进行比相，从參考和測量信号的处理中提取多普勒频移产生的相位变化量，其具备测量频率较高、精度和稳定性好等优点。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、采用自參考锁相环动态跟踪降频和基于FPGA的数字相位測量技术、实现了激光外差干渉信号的大范围高精度相位解调、保证了系统测试性能的基于外差干渉信号的相位解调方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案—种基于外差干渉信号的相位解调方法，其步骤(I)将交流參考信号Sr和測量信号Sm分别经过双向过零比较电路后整形为中频方波信号，得到中频方波參考信号Qp中频方波測量信号Qm ；(2)中频方波參考信号Qr和中频方波測量信号Qm经过自參考锁相环动态跟踪降频模块后将转化为低频方波信号，得到低频方波參考信号I和低频方波測量信号Wm ；(3)将中频方波參考信号4、中频方波測量信号Qm、低频方波參考信号I和低频方波測量信号Wm输入到基于FPGA的数字相位測量模块，分别进行整小数相位測量及融合；(4)最后将相位解调的结果转化为所测物理量信息，将结果输出。作为本发明的进ー步改进所述步骤(2)包括(2. I)将中频方波參考信号化输入到基于參考信号的动态跟踪频率合成电路中进行处理产生用于混频降频的跟踪信号I；；(2. 2)将中频方波參考信号Qr和中频方波測量信号Qm分别通过各自对应的锁相环电路、混频器和选频放大器结合电路，并与跟踪信号I；进行混频，按照混频选频原理转化为低频方波參考信号I和低频方波測量信号Wm。所述跟踪信号I；的频率满足关系在
权利要求
1.一种基于外差干涉信号的相位解调方法，其特征在于步骤 (1)将交流参考信号&和测量信号Sm分别经过双向过零比较电路后整形为中频方波信号，得到中频方波参考信号Qp中频方波测量信号Qm ； (2)中频方波参考信号Qr和中频方波测量信号Qm经过自参考锁相环动态跟踪降频模块后将转化为低频方波信号，得到低频方波参考信号I和低频方波测量信号Wm ； (3)将中频方波参考信号Qp中频方波测量信号Qm、低频方波参考信号I和低频方波测量信号Wm输入到基于FPGA的数字相位测量模块，分别进行整小数相位测量及融合； (4)最后将相位解调的结果转化为所测物理量信息，并将结果输出。
2.根据权利要求I所述的基于外差干涉信号的相位解调方法，其特征在于，所述步骤(2)包括 (2. I)将中频方波参考信号A输入到基于参考信号的动态跟踪频率合成电路中进行处理产生用于混频降频的跟踪信号I；； (2. 2)将中频方波参考信号Qr和中频方波测量信号Qm分别通过各自对应的锁相环电路、混频器和选频放大器结合电路，并与跟踪信号I；进行混频，按照混频选频原理转化为低频方波参考信号I和低频方波测量信号Wm。
3.根据权利要求2所述的基于外差干涉信号的相位解调方法，其特征在于，所述跟踪信号Tr的频率满足关系
4.根据权利要求3所述的基于外差干涉信号的相位解调方法，其特征在于，所述L满足关系式L = M-I，所述低频方波参考信号I的频率f为
5.根据权利要求I 4中任意一项所述的基于外差干涉信号的相位解调方法，其特征在于，所述步骤(3)包括 (3. I)中频方波参考信号Qr和中频方波测量信号Qm经过基于FPGA的数字相位测量模块的去抖处理后，分别通过计数器Cl和C2来进行测量时间t内的整周期计数，将Cl和C2的计数值分别表示为N1和N2,则整数相位的测量可表示为
全文摘要
一种基于外差干涉信号的相位解调方法，其步骤(1)将交流参考信号Sr和测量信号Sm分别经过双向过零比较电路后整形为中频方波信号，得到中频方波参考信号Qr、中频方波测量信号Qm；(2)中频方波参考信号Qr和中频方波测量信号Qm经过自参考锁相环动态跟踪降频模块后将转化为低频方波信号，得到低频方波参考信号Wr和低频方波测量信号Wm；(3)将中频方波参考信号Qr、中频方波测量信号Qm、低频方波参考信号Wr和低频方波测量信号Wm输入到基于FPGA的数字相位测量模块，分别进行整小数相位测量及融合；(4)结果输出。本发明采用自参考锁相环动态跟踪降频和基于FPGA的数字相位测量技术、实现了激光外差干涉信号的大范围高精度相位解调、保证了系统测试性能。
文档编号G01B9/02GK102706273SQ201210158549
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者周卫红, 杨东兴, 杨俊 , 林存宝, 王国超, 邹鹏飞, 颜树华 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学