基于载波频谱分析的激光多普勒
振动信号解调

doi:10.3969/j.issn.1007-5461.2025.03.006

量子电子学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (3): 345-353.doi: 10.3969/j.issn.1007-5461.2025.03.006

基于载波频谱分析的激光多普勒振动信号解调

朱军 1,2,3*, 张明蔚 1,2,3, 施鹏磊 1,2,3, 侯聪 1,2,3, 李翔 1,2,3, 俞本立 1,2,3

1 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽合肥 230601; 2 安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽合肥 230601; 3 安徽大学物理与光电工程学院, 安徽合肥 230601

收稿日期:2023-04-28 修回日期:2023-07-12 出版日期:2025-05-28 发布日期:2025-05-28
通讯作者: E-mail: zhuj@ahu.edu.cn E-mail: E-mail: zhuj@ahu.edu.cn
作者简介:朱军 ( 1982 - ), 安徽宿州人, 博士, 副教授, 主要从事光电子技术、光电信息处理方面的研究。 E-mail: zhuj@ahu.edu.cn
基金资助:
安徽省高校协同创新计划 (GXXT-2020-050)

Demodulation of laser Doppler vibration signal based on carrier spectrum analysis

ZHU Jun 1,2,3*, ZHANG Mingwei 1,2,3 , SHI Penglei 1,2,3 , HOU Cong 1,2,3 , LI Xiang 1,2,3 , YU Benli 1,2,3

1 Key Laboratory of Opto-Electronic Information Acquisition and Manipulation of Ministry of Education, Anhui University, Hefei 230601, China; 2 Information Materials and Intelligent Sensing Laboratory of Anhui Province, Anhui University, Hefei 230601, China; 3 School of Physics and Optoelectronic Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China

Received:2023-04-28 Revised:2023-07-12 Published:2025-05-28 Online:2025-05-28

摘要/Abstract

摘要： 激光多普勒振动测量多采用激光外差法, 其解调过程中需采用正交混频、滤波、反正切等运算, 过程较为复杂, 硬件要求较高。本文提出一种基于激光多普勒载波信号的频谱分析的方法, 利用载波主频与振动信号引起的边频之间的强度关系, 直接解析出振动目标的振幅与频率信息, 最大可检测量不受传统外差解调极限的限制。并通过仿真和实验研究, 验证了该方法的可行性。在与标准振动源的对标实验中, 在距离振动目标17 m、振动目标频率范围为60 Hz～20 kHz的条件下, 散射光信号实测幅值范围为21.44 pm～44.21 μm, 与参考值相比, 展示出良好的一致性, 表明本文所提频谱分析方法可应用于平稳振动信号的非接触远距离测量。

关键词: 激光技术, 激光测振, 频谱分析, 多普勒信号, 相干探测

Abstract:

Laser Doppler vibration measurement mostly uses laser heterodyne method, which requires orthogonal mixing, filtering, and arc tangent operations in the demodulation process, and the demodulation process is very complex process with high hardware requirements. In this work, we propose a spectrum analysis method based on laser Doppler carrier signal, which uses the intensity relationship between the carrier main frequency and the side frequency caused by vibration signal to directly resolve the amplitude and frequency information of vibration target, and its maximum detectable amount is not limited by the conventional heterodyne demodulation limit. The feasibility of the method is further verified by simulation and experimental study. In the benchmarking experiment with the standard vibration sources, when the distance from the vibration target is 17 m, and the vibration target frequency range is 60 Hz–20 kHz, the measured amplitude range of the scattered light signal is 21.44 pm–44.21 μm, showing excellent demodulation consistency with the reference value. It is indicated that the spectrum analysis method proposed in this work can be applied to non-contact long-distance measurement of smooth vibration signals.

Key words: laser techniques, laser vibration measurement, spectral analysis, Doppler signal, coherent detection

中图分类号:

TN247

朱军, 张明蔚, 施鹏磊, 侯聪, 李翔, 俞本立, . 基于载波频谱分析的激光多普勒振动信号解调[J]. 量子电子学报, 2025, 42(3): 345-353.

ZHU Jun , ZHANG Mingwei , , SHI Penglei , , HOU Cong , , LI Xiang , , YU Benli , . Demodulation of laser Doppler vibration signal based on carrier spectrum analysis[J]. Chinese Journal of Quantum Electronics, 2025, 42(3): 345-353.

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