如果您从事振动测量行业，对非接触激光测振方面的技术和产品有所了解，那么您对激光多普勒测振仪一定不陌生，如何选择一台各项性能都过硬的激光测振产品是每一位工程师都比较关注的问题，让我们从一个专业研发生产激光多普勒测振仪厂家的角度为您逐一介绍激光多普勒测振仪的几项重要性能指标。今天我们主要讨论的性能参数是常被工程师们忽略的一项技术指标---触发延迟时间。

在精密测量的领域中，激光多普勒测振仪以其非接触式测量的优势，成为众多科研和工程应用中的重要工具。然而，不同类型的激光多普勒测振仪在触发延迟结果上却存在着值得深入探讨的差异。

图1 两种激光多普勒测振仪延时对比实验

首先，我们来了解一下触发延迟的重要性。在一些对时间精度要求极高的测量场景中，比如一个需要进行反馈机制的系统，或与其它测量产品进行同步测量等需求，触发延迟哪怕只是微小的差异，都可能对测量结果产生重大影响。它不仅关系到数据的准确性，还直接影响着后续分析和系统的可靠性。

其次，我们来分析一下主要影响触发延迟时间的重要因素。第一、测量系统光路的设计。激光多普勒测振仪光路设计的复杂度，光学元件的响应时间等都会对延迟产生影响；第二、信号处理的影响。整个系统信号处理部分的复杂度，如解调、滤波、FFT频谱分析等都会增大系统的延迟，此外，硬件处理的能力也是导致系统延迟时间长的原因之一。第三、参考及测量光路的稳定性及同步性也是造成系统延迟的重要原因。最后、一些非系统设计因素也会影响延迟的结果，如环境干扰等。

最后，我们来了解一下不同类型的激光多普勒测振仪触发延迟结果的差异以及产生该差异的主要原因。根据激光多普勒测振的设计原理，目前市面上主要有两大类的产品：外差鉴频激光多普勒测振仪和零差鉴相的激光多普勒测振仪。如想进一步了解其技术差异可参考该知乎文章”一分钟让你了解激光多普勒测振仪”。由于设计理念的不同，两种产品在性能方面各有优势，其中针对触发延迟这一项指标来说，零差鉴相原理的激光测振仪会更胜一筹。通过实验对比零差鉴相原理的激光测振仪的触发延迟在20us以内，而外差鉴频激光多普勒测振仪触发延迟可达毫秒级。

图2 触发延迟测量实验示意图

图3 零差鉴相原理激光多普勒测振仪触发延迟结果

 造成两种类型激光多普勒测振仪触发延迟的差异的主要原因为：外差鉴频原理的激光测振仪通过频谱搬移，避免了低频噪声，但是解调后的中频信号信号处理如滤波，调制，FFT变换的内容较多，加之外差干涉对于参考光路要求较为严格，频率、相位或振幅不稳定，同步性差等因素都导致了系统延迟的增加。

具体来说，外差鉴频原理的激光测振仪的中频信号的处理一般通过频率锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）来完成。PLL是一种用于同步信号的电子反馈系统，广泛应用于信号频率控制、频率合成、以及中频信号的提取和处理。 其包含 相位比较器（Phase Detector, PD）：相位比较器将输入信号与PLL内部的一个本振信号进行比较，输出一个代表两者相位差的误差信号。 低通滤波器（Low-Pass Filter, LPF）：误差信号经过低通滤波器处理后，去除了高频噪声，提取出相位误差的直流分量。这个信号作为反馈控制信号，用于调整振荡器的频率。电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator, VCO）：电压控制振荡器根据反馈信号调整其输出频率，使得其输出频率与输入信号的频率保持一致。通过调整VCO的频率，PLL系统逐渐“锁定”输入信号的频率。反馈回路：系统通过反馈机制不断调整VCO的频率，直到输入信号和VCO输出信号的频率差达到最小。此时，PLL系统“锁定”了输入信号的频率。尽管频率锁相环能够非常精确地跟踪信号的频率，但其工作过程涉及到多个步骤，因此也会引入一定的时间延迟。这个延迟通常来源于以下几个方面：首先是相位比较器响应时间：相位比较器用于检测输入信号和VCO输出信号之间的相位差。虽然相位比较器的响应速度较快，但其在高频下的响应时间会受到电路设计和输入信号频率的影响，因此可能存在微小的延迟。其次是低通滤波器的时延：低通滤波器用于去除高频噪声并提取控制信号。如果低通滤波器的带宽设置得较小，系统的噪声抑制能力较强，但通常也引入了滤波信号响应的延迟。反之，如果带宽设置过大，虽然系统响应较快，但可能会放大噪声。再次是电压控制振荡器的调节时间：VCO的调节时间决定了PLL系统达到锁定状态的速度。VCO的调节速度受其电路特性和外部控制信号的影响。VCO的调节速度快慢，也导致锁定过程中的延迟。最后是锁相环的带宽：PLL系统的带宽是影响响应速度的关键因素。带宽越大，系统响应越快，但也可能带来更高的噪声水平。带宽较小的系统通常响应较慢，但能更好地抑制噪声。因此，PLL的带宽需要根据具体应用的需求进行优化。当然系统也可以采取数字域的解调，但是也会遇到以上类似的问题。

图4 零差鉴相原理的激光多普勒测振仪

与之相比，在零差系统中，测量信号与参考信号直接进行相位比较。由于不需要中间的频率转换，这使得零差系统可以实时地反映出振动的相位差和频率变化。这种直接的相位检测方式，使得零差系统能够更精确地同步和响应振动信号，避免了由于系统转换过程带来的延迟。

因此，当延迟因素作为客户购买激光多普勒测振仪的主要参考因素的时候，零差鉴相原理的产品会是更好的选择。