激光外差玻璃厚度測量系統檢測電路的設計

摘要：為了檢測激光外差玻璃厚度測量系統中的激光外差信號，介紹了激光外差玻璃測厚系統測量原理，通過對幾種光電檢測電路性能特征進行分析，設計出適合本系統光電檢測電路，為激光外差檢測提供了一種單元模塊電路。
關鍵詞：激光外差技術；激光外差測厚原理；光電檢測電路；元件參數設計

目前，激光外差技術在激光通信、雷達、測距、測速、測振等方面有了廣泛的應用。在玻璃厚度測量方面，激光外差測量技術以其具有分辨率高、精度高、線性度好、動態響應快、在線非接觸測量的優點，逐漸開始取代傳統的測量方法。在激光外差玻璃厚度測量系統中光外差信號是弱光電信號，其含有大量背景光噪聲和其它多次諧波成份，怎么從中提取光外差信號，光電轉換電路就顯得尤為重要，其往往是決定系統成敗的關鍵。

1 激光外差玻璃測厚系統原理
測量系統中應用了激光多普勒效應和激光外差測量技術，系統測量原理如圖1所示。

激光器S發出的激光，經平面鏡K、半透鏡L反射到多普勒振鏡，振鏡振動產生多普勒效應使得激光變頻，變頻后的激光由振鏡反射后透過半透鏡L垂直照射于待測玻璃表面。由于激光在不同時刻的頻率不同，所以激光在玻璃前表面反射的光場，與其前一時刻在后表面反射后到達前表面的光場因頻率不同而發生混頻，產生差頻信號，由半透鏡L反射后，與從平面鏡K反射后透射過半透鏡L的本振光一起到達光電轉換器，光電二極管將接收到的光信號轉換為電信號，該信號包括待測的差頻信號及其它欲抑制信號(激光本振信號、和頻信號和噪聲)，其中本振信號與和頻信號頻率較高，超出光電二極管的頻率響應范圍，因此在接收電路中，只需要利用濾波器的帶寬控制在中頻信號范圍內，即可檢測到差頻信號。該差頻信號含有玻璃板的厚度信息，差頻信號的頻率為，其頻率與待測玻璃厚度成正比，比例系數與光源頻率、玻璃板折射率以及振鏡常數有關，當光源頻率、玻璃板折射率以及振鏡常數確定，為常數。根據頻率差與玻璃厚度的關系，只要測得差頻信號的頻率，就能計算得到玻璃厚度，光電模塊檢測到光外差信號后，經濾波、放大整形后送單片機處理得到玻璃厚度。
從上面系統可知，激光經過多次反射、透射衰減嚴重，待檢測的信號是弱光信號。在此針對光場混頻后的差頻信號來研究該信號的檢測電路。