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请教大家：光外差检测中的零差检测是不是就是锁相检测啊
作者 tannya_0
请教大家：光外差检测中的零差检测是不是就是光学里的锁相检测啊？
光外差检测及通过干涉方法来检测，如平整度等是体现在相位上面的，零差表示两干涉臂的行程相等。而锁相是对某个特定的感兴趣的相位锁定。我觉得是两个不同的概念，当然你说锁定零相位倒是也能够理解。不过他们之间并没有从属的关系，根本的概念我认为完全不相同。
引用回帖:: Originally posted by 小虫慢爬 at
光外差检测及通过干涉方法来检测，如平整度等是体现在相位上面的，零差表示两干涉臂的行程相等。而锁相是对某个特定的感兴趣的相位锁定。我觉得是两个不同的概念，当然你说锁定零相位倒是也能够理解。不过他们之间 ... 谢谢您的回复，但是不能送您金币，送花给您了
但是我认为 零差探测是指信号光和本振光的差频为零，而不是两干涉臂的行程为零，若是差频为零的话，相位必然也是一致了，您觉得呢？
光学外差探测利用一个频率与被测相干辐射的频率相近的参考激光辐射在探测元件（通常由光电导材料、光生伏打材料或光电发射材料制成）中与被测辐射混频而产生差频。光学外差探测只受到散粒噪声的限制，因而探测率比直接探测或零差探测高几个数量级。
零差探测的本振信号经分光器从发射光源分离出来,与调制后的接收信号混频产生外差信号,可省去本振光源.但未经调制的c.发射光束与接收,本振信号的频率相同,差频为零,仅用于测速不可测距
引用回帖:: Originally posted by tannya_0 at
但是我认为 零差探测是指信号光和本振光的差频为零，而不是两干涉臂的行程为零，若是差频为零的话，相位必然也是一致了，您觉得呢？
光学外差探测利用一个频率与被测相干辐射的频率相近的参考激光辐射在探测 ... 1。呵呵，看的有点绕。实际你上面说的和双频激光干涉仪的原理是相同的。这样做的好处是相干光在光电探测器上面产生一交流信号，具有很强的抗躁能力。
2。我说的是指同光程干涉，概念有误差。
3。如果按照你上面说的话且用激光光源的话，零差不一定是同相位。只要固定相位差，共同的振动方向就可以产生相干。如果频差为零，那么在探测器上面测得的是直流。你用两个平面波动方程相干下就知道。
4。另外光外差只受散粒噪声限制，这个结论我觉得不准确。如果你的参考信号的频率很低的话，还是会受到粉红噪声的干扰，当然它可以认为是服从高斯分布的（在大多数的情况下）。
而散粒噪声是服从泊松分布，但是在一般情况下也认为是高斯分布。
5。“零差探测的本振信号经分光器从发射光源分离出来,与调制后的接收信号混频产生外差信号,可省去本振光源.但未经调制的c.发射光束与接收,本振信号的频率相同,差频为零,仅用于测速不可测距”
——这句不太理解。你开头的描述我认为就是典型的迈克耳逊单频干涉仪。为什么不能测距呢？
6。如果我没有猜错的话，你之前不是光学科班出来的吧？是学信号处理出身的么，
我是学电的，呵呵，以后多向您请教了
引用回帖:: Originally posted by tannya_0 at
我是学电的，呵呵，以后多向您请教了 不客气，我以前也是学电信的，结果搞的头都大，深有体会。目前还在学习中，共同努力。
夕阳西下的指导我已经回复了，但是不知道为什么不在这边显示，我在这贴出来，希望大家能指正，共同进步：
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我觉得这个问题要分开讨论，是光程干涉还是拍频干涉。如果是光程干涉频差要为零。接受屏上的干涉条纹与光程有关，测距。如果是拍频干涉，而两光的频率相同，相位差固定，那么我认为是支流。因为干涉光的公式只剩下与两光强乘积成比例的直流。
这也是为什么外差干涉仪的测量速度受到限制。（文献和教科书上面都这样写的，但是我还没有证明过，相对论还是没有看懂。）
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外差激光干涉仪的测量方法
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光电工程 & 39卷 & 12期(pp：55-62)
零差激光干涉仪正交相位误差的分析
Analysis of Quadrature Phase-shift Error for
Homodyne Interferometer
摘要针对零差正交激光干涉仪在直线运动测量中的误差来源及其影响，说明了零差激光干涉仪两路正交干涉信号中零漂、幅度误差以及相位误差等典型的非线性因素对位移测量的影响。本文采用一种简单的方法首先去除了干涉信号中的零漂与幅度误差，详细论述了正交相位误差对振动与冲击位移测量的影响，通过试验与理论分析的方式确定了相位误差引起位移测量误差的大小及误差性质。提出了对相位误差进行修正的办法，并通过装置试验验证了该方法的有效性，为整个标准装置的不确定度评估以及干涉仪的调试提供了参考。关键词
AbstractThe influence and origin of quadrature phase shift on the measured rectilinear displacement measurement error was investigated using a homodyne laser interferometer with a quadrature output. Common nonlinearities, including zero-shift, different amplifier gains and phase shift are three typical errors for displacement measurements. A simple method was used to determine and correct the zero shift and unequal gains, and the influence of the phase-shift was described in detailed experimentally, including the effective way to correct phase error. The effectiveness of the method was validated by comparing the displacement error before and after phase shift error-corrected. Moreover, the method can be applied to assess standard machine and adjust interferometer.
中图分类号：TH741;TH744DOI：所属栏目：基金项目：国家质检总局质量安全与量值传递项目 (22-ALC1201)收稿日期：修改稿日期：网络出版日期：--作者单位&&&&点击查看胡红波：中国计量科学研究院，北京 100013于梅：中国计量科学研究院，北京 100013联系人作者：备注：胡红波(1980-)，男(汉族)，湖北荆州人。硕士，助理研究员，主要研究振动冲击基标准及测试技术。
【1】ISO 2001 International Standard 16063-13 Methods for the calibration of vibration and shock transducers—Part 13: Primary shock calibration using laser interferometry [S]. Geneva: International Organization for Standardization，2001.【2】ISO 1999 International Standard 16063-11 Methods for the calibration of vibration and shock transducers—Part 11: Primary vibration calibration by laser interferometry [S]. Geneva: International Organization for Standardization，1999.【3】【4】于瀛洁，李彭生，强锡富，等 . 外差干涉仪中光路调整的分析 [J].光电工程， ): 44-47. YU Ying-jie，LI Peng-sheng，QIAO Xi-fu，et al. An Analysis of the Adjustment for Optical Path in a Heterodyne Interferometer [J]. Opto-Electronic Engineering，): 44-47.【5】王新星. 正交偏振激光测量的信号解调方法研究 [D].哈尔滨: 哈尔滨工程大学， .【6】赵晓东，裴东兴，范锦彪 . 高 g值加速度计激光干涉校准及信号解算方法 [J].传感技术学报， ): . ZHAO Xiao-dong，PEI Dong-xing，FAN Jin-biao. Calibration of the High-g Accelerometer with Laser Interferometer And the Method for Signal Processing [J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators，): .【7】Keem T，Gonda S，Misumi I，et al. Removing nonlinearity of a homodyne interferometer by adjusting the gains of its quadrature detector systems [J]. Appl.Opt(S)，): .【8】Heydeman P L M. Determination and correction of quadrature fringe measurement errors in interferometers [J]. Appl.Opt ()，): .【9】段莉. 正交偏振激光干涉振动测量方法与试验研究 [D].哈尔滨: 哈尔滨工程大学， .【10】Kim J A，Kim J W，Kang C S，et al. A digital signal processing module for real-time compensation of nonlinearity in a homodyne interferometer using a field-programmable gate array [J]. Meas.Sci.Technol(S)，): 017003.【11】Luis Miguel Sanchez-Brea，Tomas Morlanes. Metrological errors in optical encoders [J]. Meas.Sci.Technol(S)， 5104.【12】Peter Gregorcic，Tomaz Pozar，Janez Mozina. Quadrature phase-shift error analysis using a homodyne laser interferometer [J]. Optics Express(S)，): .【13】Alfred Link，Hans-Jurgen von Marterns，Wolfgang Wobinski，et al. Recent advances in vibration and shock measurements and calibrations using laser interferometry[C]// Sixth International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques: advances and applications，Ancona，Italy，June 22– 25，: 1-19.【14】TaeBong Eom，JongYun Kim，Kyuwon Jeong. The dynamic compensation of nonlinearity in a homodyne laser interferometer [J]. Meas.Sci.Technol(S)，34-1738.【15】Link A，Gerhardt J，v.Martens H J. Amplitude and phase calibration of accelerometers in the nanometer range by heterodyne interferometry[C]//Proceedings 2nd International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques，Ancona， Italy，.
引用该论文HU Hong-bo,YU Mei.&Analysis of Quadrature Phase-shift Error for
Homodyne Interferometer[J].&Opto-Electronic Engineering,&):&55-62胡红波,于梅.&零差激光干涉仪正交相位误差的分析[J].&光电工程,&):&55-62被引情况【1】【2】
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全量程冲击加速度激光干涉法国际比对关键技术的研究
【摘要】：机械冲击是指能激起系统瞬态扰动的力、位置、速度或者加速度的突然变化。对机械冲击加速度进行测量和控制在实际应用中具有十分重要的意义。由于冲击是一个典型的动态过程,故对其测量所使用的加速度传感器的校准也必须是基于类似动态激励发生装置的标定,才能准确确定其动态性能,并通过国际比对,实现各国家或地区冲击加速度量值的统一。由于国内缺乏加速度范围较宽的低g值激光干涉法冲击校准装置,从未主导／参加过低g值的冲击国际比对；国内也没有结合高g值激光干涉法冲击校准实验数据,深入研究采用参数辨识算法、基于支持向量机算法和动态误差补偿算法的标准加速度传感器建模范例,也没有主导／参加过高g值的冲击国际比对。因此,研究全量程冲击加速度激光干涉法国际比对关键技术具有重要的理论意义和应用价值。本文在详细分析现有冲击加速度激光干涉法校准及国际比对研究现状基础上,对全量程冲击加速度激光干涉法的关键技术进行了研究,采用虚拟仪器技术,结合低g值和高g值不同类型的冲击激励源及零差和外差两种激光干涉仪,实现了标准加速度传感器全量程范围的准确校准,并对其动态校准的不确定度进行了评估；研究了标准加速度传感器线性动态模型的参数辨识方法和非线性建模方法,以及标准加速度传感器动态误差补偿方法和动态不确定度评估方法；完成了全量程冲击加速度国际比对三种实施方案,并主导了中国、台湾、泰国和德国四个激光干涉法校准实验室参加的低g值冲击加速度研究性国际比对,取得了满意的比对结果。标准加速度传感器的低g值激光干涉法校准技术对冲击激励源、激光干涉仪和虚拟仪器技术提出了较高的要求。本文在研究电磁力锤和空气力锤相结合的冲击加速度机械激励系统的基础上,提出了一种基于高精密空气轴承支撑刚体碰撞机理的低g值宽量程机械冲击激励装置,具有冲击波形理想、重复性好、易于精确控制加速度峰值和脉宽的特点,给出了装置的实现方法；基于PXI硬件平台,采用改进型迈克尔逊零差激光干涉仪和马赫泽得外差激光干涉仪,集成了一种低g值宽量程的激光干涉法冲击校准系统,该系统能实现(20～10000)m/s2范围内标准加速度传感器的高精度校准,在低g值冲击领域有着广泛的应用前景。基于Hopkinson杆、结合马赫泽得外差激光干涉仪和虚拟仪器技术,实现的加速度传感器激光干涉法高g值冲击校准系统,脉宽下限为10us,其动态校准数据适合于标准加速度传感器动态特性的研究。本文提出了一种基于PEM的加速度传感器二阶动态模型参数辨识方法,能够有效地实现加速度传感器动态模型参数辨识；提出了一种基于混合核SVM非线性建模方法,实现了加速度传感器非线性建模,为加速度传感器动态特性的分析和补偿研究提供一种高效的建模方法。结合高g值激光干涉法冲击加速度校准系统实际动态校准数据建立的标准加速度传感器动态模型,为解决高g值窄脉宽冲击加速度国际比对提供了一种可行的方法。完成了标准加速度传感器动态误差补偿、动态校准不确定度评估与比对方法的研究。利用高g值激光干涉法冲击加速度校准系统,构建基于滤波器设计的标准加速度传感器动态误差补偿系统,结合动态校准不确定度评估方法,提出了一种量程较宽的冲击加速度国际比对的可行方法,具有较强的应用价值。本文所提出的低g值宽量程激光干涉法冲击校准系统体系结构合理、具有很好的测量重复性与可靠性,为标准加速度传感器的低g值高精度校准提供了新的途径；主导完成的低g值冲击加速度研究性国际比对具有范例作用,为下一步参比范围更广泛的低g值冲击国际关键比对奠定了技术基础；所提出的基于加速度传感器动态模型参数辨识以及基于加速度传感器动态特性补偿的技术途径,为高g值冲击加速度激光干涉法比对,提供了有效的方法。
【学位授予单位】：北京化工大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2015【分类号】：TN249
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