线性调频声学信号的测量与分析
使用 Ommatidia Q2 激光多普勒测振仪在宽频率范围内对声学振动进行远程、非接触式测量。
本次测试展示了 Ommatidia Q2 激光多普勒测振仪生成、记录及光学测量宽带线性调频声学信号的能力。结果证实了在无需物理接触的情况下，该设备能够实现精确的信号还原和可靠的振动测量。
测试目标
本次测试旨在展示 Ommatidia Q2 在宽频率范围内精确测量声学信号的能力，即作为远程声音传感仪器使用的能力。所得结果表明，Q2 能够忠实地测量预设的线性调频信号，证明测量信号与测试期间生成的参考信号相匹配。
所用设备
测试所使用的设备是 Ommatidia LiDAR Q2 激光多普勒测振仪，该设备属于基于 FMCW 激光雷达（调频连续波）技术的 Q 系列仪器。Q2 是一款高分辨率仪器，旨在无需物理接触即可测量表面的速度或位移。
该系统采用了由 65 条同步激光束组成的多通道相干探测架构。得益于其 光子集成电路 (PIC)，Q2 可以并行处理多个光学通道，从而实现振动的同步测量。
在本次实验中，利用 Q2 提取单个光束测量值的能力，使用了来自 单条光束 的数据。这种方法无需处理所有 65 个通道即可对系统的局部行为进行精确分析。
图 1：Ommatidia Q2 激光多普勒测振仪
实验装置
该实验装置使 Q2 能够同时执行信号生成、声学激励和光学振动测量。
图 2：实验装置
线性调频信号生成
Q2 被配置为通过其模拟输出端发射 100–8000 Hz 的三角线性调频信号（1600 Hz/s 斜率，700 mV 幅度）。该信号同时被重新接入 Q2，从而允许 Q2 记录回生成的线性调频信号。此记录对应于图 3 所示的语谱图。除了主信号 (1) 之外，我们还可以观察到一些其他细微特征：
- 线性调频信号的二次 (2) 和三次 (3) 谐波
- 第一次频率上升结束时的宽带噪声
- 1 KHz 处的恒定信号及其部分谐波
图 3：Q2 生成的线性调频信号语谱图
图 4：测量期间的内部 RGB 摄像头画面
通过扬声器进行声学还原
生成的信号被输入到扬声器中。扬声器振膜随频率扫描而振动，呈现出声学换能器特有的共振、非线性和伪影。Q2 激光束聚焦在振膜上，以测量其在激励期间的真实振动。
使用 Q2 激光进行光学测量
Q2 激光多普勒测振仪测量了扬声器振膜的振动。在图 4 中，我们可以看到 Q2 捕获的图像。虚线是测量点的虚拟表示，尽管在本次实验中仅使用了单条激光束。
结果
Q2 使用多普勒干涉测量术记录了振膜的速度 v(t)。该信号存储在 HDF5 文件中以便后续处理。利用 v(t)（图 5），计算短时傅里叶变换以获得测量语谱图（图 6），显示了物理还原过程中引入的失真。
在扬声器振膜上测得的速度信号（图 5）显示了机械换能器响应中典型的幅度变化和噪声。从该信号中获得了重构语谱图（图 6），其中线性调频信号保留了其总体形状，但由于白噪声（图 6 中的垂直线）、扬声器固有的共振和非线性，显得更加扭曲且清晰度较低。
图 5：Q2 光学测量的速度信号 v(t)
图 6：从 v(t) 重构的语谱图
结论
测试证实 Q2 能够：
理想信号与测量信号的对比表明，观察到的偏差主要源于扬声器的机械行为，而非 Q2 生成器，其性能表现稳健且精确。
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