激光外差玻璃厚度测量系统检测电路的设计

摘要：为了检测激光外差玻璃厚度测量系统中的激光外差信号，介绍了激光外差玻璃测厚系统测量原理，通过对几种光电检测电路性能特征进行分析，设计出适合本系统光电检测电路，为激光外差检测提供了一种单元模块电路。
关键词：激光外差技术；激光外差测厚原理；光电检测电路；元件参数设计

目前，激光外差技术在激光通信、雷达、测距、测速、测振等方面有了广泛的应用。在玻璃厚度测量方面，激光外差测量技术以其具有分辨率高、精度高、线性度好、动态响应快、在线非接触测量的优点，逐渐开始取代传统的测量方法。在激光外差玻璃厚度测量系统中光外差信号是弱光电信号，其含有大量背景光噪声和其它多次谐波成份，怎么从中提取光外差信号，光电转换电路就显得尤为重要，其往往是决定系统成败的关键。

1 激光外差玻璃测厚系统原理
测量系统中应用了激光多普勒效应和激光外差测量技术，系统测量原理如图1所示。

激光器S发出的激光，经平面镜K、半透镜L反射到多普勒振镜，振镜振动产生多普勒效应使得激光变频，变频后的激光由振镜反射后透过半透镜L垂直照射于待测玻璃表面。由于激光在不同时刻的频率不同，所以激光在玻璃前表面反射的光场，与其前一时刻在后表面反射后到达前表面的光场因频率不同而发生混频，产生差频信号，由半透镜L反射后，与从平面镜K反射后透射过半透镜L的本振光一起到达光电转换器，光电二极管将接收到的光信号转换为电信号，该信号包括待测的差频信号及其它欲抑制信号(激光本振信号、和频信号和噪声)，其中本振信号与和频信号频率较高，超出光电二极管的频率响应范围，因此在接收电路中，只需要利用滤波器的带宽控制在中频信号范围内，即可检测到差频信号。该差频信号含有玻璃板的厚度信息，差频信号的频率为，其频率与待测玻璃厚度成正比，比例系数与光源频率、玻璃板折射率以及振镜常数有关，当光源频率、玻璃板折射率以及振镜常数确定，为常数。根据频率差与玻璃厚度的关系，只要测得差频信号的频率，就能计算得到玻璃厚度，光电模块检测到光外差信号后，经滤波、放大整形后送单片机处理得到玻璃厚度。
从上面系统可知，激光经过多次反射、透射衰减严重，待检测的信号是弱光信号。在此针对光场混频后的差频信号来研究该信号的检测电路。