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

背景技術(shù)：

目前光學(xué)干涉式重力儀包括絕對重力儀中，由于需要采集到的信號在兆赫茲量級，因此現(xiàn)在普遍采用的信號采集方法為：由光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號之后，通過示波器獲取條紋數(shù)據(jù)然后轉(zhuǎn)存到PC端進行處理；或者使用光電探測器加上高速采集卡直接采集數(shù)據(jù)到PC端進行處理。這兩種數(shù)據(jù)采集方法雖然采集過程比較簡單，但是整個光學(xué)干涉系統(tǒng)的測量靈敏度未充分利用，這樣會給最后得到的測量數(shù)據(jù)帶來誤差，并且大量的條紋數(shù)據(jù)處理起來十分復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本實用新型的光學(xué)干涉式重力儀中的閉環(huán)信號采集裝置，具有穩(wěn)頻激光光源、第一分束器、落體棱鏡、參考棱鏡、兩個平行設(shè)置的平面反射鏡、第二分束器、光電探測器、相位調(diào)制器以及PC上位機或者示波器，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器的輸入端相連，光電探測器的輸出端與PC上位機或者示波器的輸入端相連，光電探測器的信號輸出端與相位調(diào)制器的信號輸入端相連，相位調(diào)制器的信號輸出端與PC上位機或者示波器的信號輸入端相連。

該裝置在信號采集過程中，使落體棱鏡在真空中進行自由落體運動，從第一位置下落到第二位置，下落過程中由穩(wěn)頻激光光源發(fā)出的光經(jīng)過第一分束器分為兩束，其中一束光作為測試光路，豎直向上依次經(jīng)過落體棱鏡、參考棱鏡和兩個平行設(shè)置的平面反射鏡反射到達第二分束器，另一束光作為參考光路，水平出射經(jīng)過相位調(diào)制器射入第二分束器，落體棱鏡在下落過程中，測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傳輸給光電探測器，由光電探測器將輸入的光信號轉(zhuǎn)換成為電信號分兩路輸出，其中一路信號作為反饋信號輸給相位調(diào)制器，另一路信號傳送給PC上位機或者示波器進行數(shù)據(jù)保存和處理，相位調(diào)制器根據(jù)輸入的反饋信號調(diào)節(jié)偏置電壓，在參考光路中引入一個補償相位差使測試光和參考光的總相位差保持不變，相位調(diào)制器的輸出信號輸入PC上位機或者示波器，由PC上位機或者示波器將相位調(diào)制器的偏置電壓進行處理計算，作為計算重力加速度g值的測量數(shù)據(jù)。

本實用新型的有益效果在于：

本實用新型結(jié)構(gòu)簡單；其中的光電探測器一直保持在靈敏度最大的狀態(tài)，測量精度較高；由相位調(diào)制器的輸出電壓作為信號數(shù)據(jù)，處理起來較為方便。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

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

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行進一步說明。

本實用新型的光學(xué)干涉式重力儀中的閉環(huán)信號采集裝置，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、兩個平行設(shè)置的平面反射鏡5、第二分束器6、光電探測器9、相位調(diào)制器11以及PC上位機或者示波器10的信號采集裝置，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，兩個平行設(shè)置的平面反射鏡5用來保證經(jīng)過平面反射鏡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器9的輸入端相連，光電探測器9的輸出端與PC上位機或者示波器10的輸入端相連，光電探測器9的信號輸出端與相位調(diào)制器11的信號輸入端相連，相位調(diào)制器11的信號輸出端與PC上位機或者示波器10的信號輸入端相連。

信號采集過程中，使落體棱鏡3在真空中進行自由落體運動，從第一位置7下落到第二位置8，下落過程中由穩(wěn)頻激光光源1發(fā)出的光經(jīng)過第一分束器2分為兩束，其中一束光作為測試光路，豎直向上射入落體棱鏡3，經(jīng)過反射后射入正下方的參考棱鏡4，然后經(jīng)過兩個平行設(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)過相位調(diào)制器11射入第二分束器6，落體棱鏡3在下落過程中，測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輸出光信號傳輸給光電探測器9，由光電探測器將輸入的光信號轉(zhuǎn)換成化為電信號分兩路輸出，其中一路信號作為反饋信號輸給相位調(diào)制器11，另一路信號傳送給PC上位機或者示波器10進行數(shù)據(jù)保存和處理，相位調(diào)制器11根據(jù)輸入的反饋信號調(diào)節(jié)偏置電壓，在參考光路中引入一個補償相位差使測試光和參考光的總相位差保持不變，相位調(diào)制器11的輸出信號輸入PC上位機或者示波器10，由PC上位機或者示波器10將相位調(diào)制器的偏置電壓進行處理計算，作為計算重力加速度g值的測量數(shù)據(jù)。

假設(shè)第一分束器2的分束比為1:1，則信號采集光路的輸出光強為

其中，I₀為穩(wěn)頻激光光源1發(fā)出的光強，為光電探測器9探測到的測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器9采集到的光強信號與信號采集光路的相位差之間的關(guān)系示意圖，由圖2可知光電探測器9采集到的光強與信號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，光電探測器9采集到的光強信號隨著相位差的輕微變化非常明顯，即光電探測器9對光信號的敏感度最高。因此不論落體棱鏡3的下落距離為多大，測試光和參考光之間的相位差均由相位調(diào)制器11進行補償，且光電探測器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的過程中，由于參考光路的光程縮短，測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可知光電探測器9采集到的光強與信號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償，同時能夠?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的輸出信號輸入PC上位機或者示波器10，由PC上位機或者示波器10將相位調(diào)制器進行相位補償時的電壓變化數(shù)據(jù)進行處理作為測量數(shù)據(jù)，計算重力加速度g值。

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