激光外差玻璃厚度測量系統(tǒng)檢測電路的設(shè)計

摘要：為了檢測激光外差玻璃厚度測量系統(tǒng)中的激光外差信號，介紹了激光外差玻璃測厚系統(tǒng)測量原理，通過對幾種光電檢測電路性能特征進行分析，設(shè)計出適合本系統(tǒng)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(guān)鍵詞：激光外差技術(shù)；激光外差測厚原理；光電檢測電路；元件參數(shù)設(shè)計

目前，激光外差技術(shù)在激光通信、雷達、測距、測速、測振等方面有了廣泛的應(yīng)用。在玻璃厚度測量方面，激光外差測量技術(shù)以其具有分辨率高、精度高、線性度好、動態(tài)響應(yīng)快、在線非接觸測量的優(yōu)點，逐漸開始取代傳統(tǒng)的測量方法。在激光外差玻璃厚度測量系統(tǒng)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(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 激光外差玻璃測厚系統(tǒng)原理
測量系統(tǒng)中應(yīng)用了激光多普勒效應(yīng)和激光外差測量技術(shù)，系統(tǒng)測量原理如圖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(fā)生混頻，產(chǎn)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(zhuǎn)換器，光電二極管將接收到的光信號轉(zhuǎn)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(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范圍內(nèi)，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(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(jīng)濾波、放大整形后送單片機處理得到玻璃厚度。
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。