激光外差玻璃厚度測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

摘要：為了檢測(cè)激光外差玻璃厚度測(cè)量系統(tǒng)中的激光外差信號(hào)，介紹了激光外差玻璃測(cè)厚系統(tǒng)測(cè)量原理，通過對(duì)幾種光電檢測(cè)電路性能特征進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出適合本系統(tǒng)光電檢測(cè)電路，為激光外差檢測(cè)提供了一種單元模塊電路。
關(guān)鍵詞：激光外差技術(shù)；激光外差測(cè)厚原理；光電檢測(cè)電路；元件參數(shù)設(shè)計(jì)

目前，激光外差技術(shù)在激光通信、雷達(dá)、測(cè)距、測(cè)速、測(cè)振等方面有了廣泛的應(yīng)用。在玻璃厚度測(cè)量方面，激光外差測(cè)量技術(shù)以其具有分辨率高、精度高、線性度好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、在線非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，逐漸開始取代傳統(tǒng)的測(cè)量方法。在激光外差玻璃厚度測(cè)量系統(tǒng)中光外差信號(hào)是弱光電信號(hào)，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(hào)，光電轉(zhuǎn)換電路就顯得尤為重要，其往往是決定系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。

1 激光外差玻璃測(cè)厚系統(tǒng)原理
測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用了激光多普勒效應(yīng)和激光外差測(cè)量技術(shù)，系統(tǒng)測(cè)量原理如圖1所示。

激光器S發(fā)出的激光，經(jīng)平面鏡K、半透鏡L反射到多普勒振鏡，振鏡振動(dòng)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)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(cè)玻璃表面。由于激光在不同時(shí)刻的頻率不同，所以激光在玻璃前表面反射的光場(chǎng)，與其前一時(shí)刻在后表面反射后到達(dá)前表面的光場(chǎng)因頻率不同而發(fā)生混頻，產(chǎn)生差頻信號(hào)，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(dá)光電轉(zhuǎn)換器，光電二極管將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào)包括待測(cè)的差頻信號(hào)及其它欲抑制信號(hào)(激光本振信號(hào)、和頻信號(hào)和噪聲)，其中本振信號(hào)與和頻信號(hào)頻率較高，超出光電二極管的頻率響應(yīng)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(hào)范圍內(nèi)，即可檢測(cè)到差頻信號(hào)。該差頻信號(hào)含有玻璃板的厚度信息，差頻信號(hào)的頻率為，其頻率與待測(cè)玻璃厚度成正比，比例系數(shù)與光源頻率、玻璃板折射率以及振鏡常數(shù)有關(guān)，當(dāng)光源頻率、玻璃板折射率以及振鏡常數(shù)確定，為常數(shù)。根據(jù)頻率差與玻璃厚度的關(guān)系，只要測(cè)得差頻信號(hào)的頻率，就能計(jì)算得到玻璃厚度，光電模塊檢測(cè)到光外差信號(hào)后，經(jīng)濾波、放大整形后送單片機(jī)處理得到玻璃厚度。
從上面系統(tǒng)可知，激光經(jīng)過多次反射、透射衰減嚴(yán)重，待檢測(cè)的信號(hào)是弱光信號(hào)。在此針對(duì)光場(chǎng)混頻后的差頻信號(hào)來研究該信號(hào)的檢測(cè)電路。