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(guò)對幾種光電檢測電路性能特征進(jìn)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(guān)鍵詞：激光外差技術(shù)；激光外差測厚原理；光電檢測電路；元件參數設計

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(xiàn)性度好、動(dòng)態(tài)響應快、在線(xiàn)非接觸測量的優(yōu)點(diǎn)，逐漸開(kāi)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(guān)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(shù)，系統測量原理如圖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(dòng)產(chǎn)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(guò)半透鏡L垂直照射于待測玻璃表面。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，由半透鏡L反射后，與從平面鏡K反射后透射過(guò)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(guān)，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(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。
從上面系統可知，激光經(jīng)過(guò)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(chǎng)混頻后的差頻信號來(lái)研究該信號的檢測電路。