本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)干涉式重力儀中的閉環(huán)信號(hào)采集裝置，尤其適用于絕對(duì)重力儀的信號(hào)采集系統(tǒng)中。

背景技術(shù)：

目前光學(xué)干涉式重力儀包括絕對(duì)重力儀中，由于需要采集到的信號(hào)在兆赫茲量級(jí)，因此現(xiàn)在普遍采用的信號(hào)采集方法為：由光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)之后，通過(guò)示波器獲取條紋數(shù)據(jù)然后轉(zhuǎn)存到PC端進(jìn)行處理；或者使用光電探測(cè)器加上高速采集卡直接采集數(shù)據(jù)到PC端進(jìn)行處理。這兩種數(shù)據(jù)采集方法雖然采集過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但是整個(gè)光學(xué)干涉系統(tǒng)的測(cè)量靈敏度未充分利用，這樣會(huì)給最后得到的測(cè)量數(shù)據(jù)帶來(lái)誤差，并且大量的條紋數(shù)據(jù)處理起來(lái)十分復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提出一種信號(hào)數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)便，測(cè)量靈敏度高的光學(xué)干涉式重力儀中的閉環(huán)信號(hào)采集裝置。

本實(shí)用新型的光學(xué)干涉式重力儀中的閉環(huán)信號(hào)采集裝置，具有穩(wěn)頻激光光源、第一分束器、落體棱鏡、參考棱鏡、兩個(gè)平行設(shè)置的平面反射鏡、第二分束器、光電探測(cè)器、相位調(diào)制器以及PC上位機(jī)或者示波器，其中穩(wěn)頻激光光源、第一分束器、相位調(diào)制器、第二分束器和光電探測(cè)器依次在同一水平直線上，落體棱鏡和參考棱鏡位于第一分束器兩側(cè)并在同一豎直直線上，相位調(diào)制器的輸入端與第一分束器的輸出端相連，相位調(diào)制器的輸出端與第二分束器的輸入端相連，第二分束器的輸出端與光電探測(cè)器的輸入端相連，光電探測(cè)器的輸出端與PC上位機(jī)或者示波器的輸入端相連，光電探測(cè)器的信號(hào)輸出端與相位調(diào)制器的信號(hào)輸入端相連，相位調(diào)制器的信號(hào)輸出端與PC上位機(jī)或者示波器的信號(hào)輸入端相連。

該裝置在信號(hào)采集過(guò)程中，使落體棱鏡在真空中進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，從第一位置下落到第二位置，下落過(guò)程中由穩(wěn)頻激光光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一分束器分為兩束，其中一束光作為測(cè)試光路，豎直向上依次經(jīng)過(guò)落體棱鏡、參考棱鏡和兩個(gè)平行設(shè)置的平面反射鏡反射到達(dá)第二分束器，另一束光作為參考光路，水平出射經(jīng)過(guò)相位調(diào)制器射入第二分束器，落體棱鏡在下落過(guò)程中，測(cè)試光和參考光之間有光程差在第二分束器處發(fā)生干涉，第二分束器輸出干涉條紋信號(hào)傳輸給光電探測(cè)器，由光電探測(cè)器將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)分兩路輸出，其中一路信號(hào)作為反饋信號(hào)輸給相位調(diào)制器，另一路信號(hào)傳送給PC上位機(jī)或者示波器進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和處理，相位調(diào)制器根據(jù)輸入的反饋信號(hào)調(diào)節(jié)偏置電壓，在參考光路中引入一個(gè)補(bǔ)償相位差使測(cè)試光和參考光的總相位差保持不變，相位調(diào)制器的輸出信號(hào)輸入PC上位機(jī)或者示波器，由PC上位機(jī)或者示波器將相位調(diào)制器的偏置電壓進(jìn)行處理計(jì)算，作為計(jì)算重力加速度g值的測(cè)量數(shù)據(jù)。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；其中的光電探測(cè)器一直保持在靈敏度最大的狀態(tài)，測(cè)量精度較高；由相位調(diào)制器的輸出電壓作為信號(hào)數(shù)據(jù)，處理起來(lái)較為方便。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為光學(xué)干涉式重力儀中光電探測(cè)器采集到的光強(qiáng)信號(hào)與信號(hào)采集光路的相位差之間的關(guān)系。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)用新型的光學(xué)干涉式重力儀中的閉環(huán)信號(hào)采集裝置，如圖1所示，具有穩(wěn)頻激光光源1、第一分束器2、落體棱鏡3、參考棱鏡4、兩個(gè)平行設(shè)置的平面反射鏡5、第二分束器6、光電探測(cè)器9、相位調(diào)制器11以及PC上位機(jī)或者示波器10的信號(hào)采集裝置，其中穩(wěn)頻激光光源1、第一分束器2、相位調(diào)制器11、第二分束器6和光電探測(cè)器9依次在同一水平直線上，落體棱鏡3和參考棱鏡4位于第一分束器2兩側(cè)并在同一豎直直線上，兩個(gè)平行設(shè)置的平面反射鏡5用來(lái)保證經(jīng)過(guò)平面反射鏡5向上出射的光線沿豎直方向，相位調(diào)制器11的輸入端與第一分束器2的輸出端相連，相位調(diào)制器11的輸出端與第二分束器6的輸入端相連，第二分束器6的輸出端與光電探測(cè)器9的輸入端相連，光電探測(cè)器9的輸出端與PC上位機(jī)或者示波器10的輸入端相連，光電探測(cè)器9的信號(hào)輸出端與相位調(diào)制器11的信號(hào)輸入端相連，相位調(diào)制器11的信號(hào)輸出端與PC上位機(jī)或者示波器10的信號(hào)輸入端相連。

信號(hào)采集過(guò)程中，使落體棱鏡3在真空中進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，從第一位置7下落到第二位置8，下落過(guò)程中由穩(wěn)頻激光光源1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一分束器2分為兩束，其中一束光作為測(cè)試光路，豎直向上射入落體棱鏡3，經(jīng)過(guò)反射后射入正下方的參考棱鏡4，然后經(jīng)過(guò)兩個(gè)平行設(shè)置的平面反射鏡5豎直向上射入第二分束器6，另一束光作為參考光路，水平出射經(jīng)過(guò)相位調(diào)制器11射入第二分束器6，落體棱鏡3在下落過(guò)程中，測(cè)試光和參考光之間有光程差在第二分束器6處發(fā)生干涉，第二分束器6輸出光信號(hào)傳輸給光電探測(cè)器9，由光電探測(cè)器將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成化為電信號(hào)分兩路輸出，其中一路信號(hào)作為反饋信號(hào)輸給相位調(diào)制器11，另一路信號(hào)傳送給PC上位機(jī)或者示波器10進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和處理，相位調(diào)制器11根據(jù)輸入的反饋信號(hào)調(diào)節(jié)偏置電壓，在參考光路中引入一個(gè)補(bǔ)償相位差使測(cè)試光和參考光的總相位差保持不變，相位調(diào)制器11的輸出信號(hào)輸入PC上位機(jī)或者示波器10，由PC上位機(jī)或者示波器10將相位調(diào)制器的偏置電壓進(jìn)行處理計(jì)算，作為計(jì)算重力加速度g值的測(cè)量數(shù)據(jù)。

假設(shè)第一分束器2的分束比為1:1，則信號(hào)采集光路的輸出光強(qiáng)為

其中，I₀為穩(wěn)頻激光光源1發(fā)出的光強(qiáng)，為光電探測(cè)器9探測(cè)到的測(cè)試光和參考光之間的相位差。圖2是光學(xué)干涉式重力儀中光電探測(cè)器9采集到的光強(qiáng)信號(hào)與信號(hào)采集光路的相位差之間的關(guān)系示意圖，由圖2可知光電探測(cè)器9采集到的光強(qiáng)與信號(hào)采集光路的相位差呈周期性正弦變化，因此當(dāng)相位差為π/2±2π時(shí)，光電探測(cè)器9采集到的光強(qiáng)信號(hào)隨著相位差的輕微變化非常明顯，即光電探測(cè)器9對(duì)光信號(hào)的敏感度最高。因此不論落體棱鏡3的下落距離為多大，測(cè)試光和參考光之間的相位差均由相位調(diào)制器11進(jìn)行補(bǔ)償，且光電探測(cè)器9所采集到的兩束光之間的相位差為定值

在落體棱鏡3從第一位置7下落到第二位置8的過(guò)程中，由于參考光路的光程縮短，測(cè)試光和參考光之間的相位差不斷在減小?？紤]到相位調(diào)制器11的調(diào)制能力有限，又由圖2可知光電探測(cè)器9采集到的光強(qiáng)與信號(hào)采集光路的相位差呈周期為2π的周期性變化，即因此將相位差以2π作為一個(gè)周期，相位調(diào)制器11每調(diào)制2π相位后立即將偏置電壓調(diào)至?xí)r的值，再繼續(xù)重復(fù)，使得偏置電壓也呈周期性的變化。這樣既可以完成相位補(bǔ)償，同時(shí)能夠?qū)⑾辔徽{(diào)制需求保持在相位調(diào)制器11的調(diào)制能力之內(nèi)。

相位調(diào)制器11的輸出信號(hào)輸入PC上位機(jī)或者示波器10，由PC上位機(jī)或者示波器10將相位調(diào)制器進(jìn)行相位補(bǔ)償時(shí)的電壓變化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理作為測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算重力加速度g值。

在本實(shí)施例中相位調(diào)制器可采用美國(guó)THORLABS公司的LN27S-FC，帶寬35GHz，半波電壓7.0v，滿足相位調(diào)制需求，但不僅限于此型號(hào)的相位調(diào)制器。