專利名稱：一種基于光纖復(fù)合干涉的高精度遠(yuǎn)程絕對位移測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于光纖復(fù)合干涉的高精度遠(yuǎn)程絕對位移測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的與此技術(shù)相接近的文獻(xiàn)有以下兩個(gè)文獻(xiàn)[1]的技術(shù)原理如

圖1所示。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光經(jīng)過法拉第隔離器和光纖3dB_耦合器后，到達(dá)測量頭，測量頭是一個(gè)菲索干涉儀，一部分光被光纖端面反射作為參考光，另一部分光經(jīng)過自聚焦透鏡聚焦后，投射到被測表面上，由被測表面反射重新回到系統(tǒng)中并與參考光發(fā)生干涉，干涉信號(hào)由探測器探測，干涉信號(hào)的相位決定于被測表面被測點(diǎn)的縱向高度；改變該激光器的驅(qū)動(dòng)電流以改變激光器的發(fā)光頻率，用四種不同頻率的光對同一點(diǎn)進(jìn)行測量，得到四個(gè)干涉信號(hào)，由于入射光波頻率不同，四個(gè)干涉信號(hào)的位相就不同，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流，使相鄰兩個(gè)干涉信號(hào)的相位差η /2，通過以下式子，即可解調(diào)出該點(diǎn)的光程差D，即完成單點(diǎn)的測量
c廣D =-tan—1
4πν
T-T1
K1I yIn(η = 1,2,3,4)是第η次干涉信號(hào)的強(qiáng)度，c是光速，ν是入射光頻率。步進(jìn)電機(jī)再帶動(dòng)測量頭橫向掃描被測表面，即完成對被測表面的測量。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖復(fù)合干涉的高精度遠(yuǎn)程絕對位移測量系統(tǒng)，其特征在于它是由寬帶光源(Si)、光纖隔離器(II)、三個(gè)3dB-耦合器(N1，N2，N3)、四個(gè)自準(zhǔn)直鏡(G3，G4，G7，G8)、 兩個(gè)光纖光柵(FBG1, FBG2)、四個(gè)反射鏡(G1, G2，G5，G6)、兩個(gè)探測器(PD1, PD2)、環(huán)行器 (HI)、一維平移臺(tái)(M)、壓電陶瓷(PZT)、反饋控制電路(B4)、信號(hào)發(fā)生器(B5)、信號(hào)處理電路(Bi)、A/D轉(zhuǎn)換卡(B2)、計(jì)算機(jī)(Β； )和結(jié)果輸出(B6)組成；寬帶光源(Si)發(fā)出的光經(jīng)過光纖隔離器(Il)和3dB-耦合器(Ni)后到達(dá)光纖光柵(FBG1)，滿足光纖光柵(FBGl)的布拉格條件的波長的光被反射回來，其余波長的光透過光纖光柵(FBGl)到達(dá)3dB-耦合器 (N2)后被分成兩路，這兩路光分別由自準(zhǔn)直鏡(G3，G4)準(zhǔn)直后，垂直入射到測量鏡(Gl)和參考鏡(G2)上，再由測量鏡(Gl)和參考鏡(G2)反射回系統(tǒng)并在3dB-耦合器(N2)會(huì)合， 此合光透過光纖光柵(FBGl)、3dB-耦合器(Ni)后，一路合光到達(dá)光纖隔離器(II)，由于光纖隔離器(Il)的作用，這路合光不能到達(dá)光源(Si)，因此不會(huì)對光源(Si)產(chǎn)生影響，另一路合光到達(dá)3dB-耦合器(N3)，然后又被分成兩路，這兩路合光分別被自準(zhǔn)直鏡(G7，G8)準(zhǔn)直后分別垂直入射到兩個(gè)反射鏡(G5，G6)上，再由這兩個(gè)反射鏡(G5，G6)反射回系統(tǒng)，兩路被反射回來的光在3dB-耦合器(N； )再一次會(huì)合，此合光經(jīng)過環(huán)形器(Hl)后，透過光纖光柵(FBG》由探測器(PDl)探測，當(dāng)兩個(gè)光纖干涉儀(Ml，iC)的光程差之差小于寬帶光源的相干長度時(shí)，探測器(PDl)探測到的是低相干干涉信號(hào)，當(dāng)兩個(gè)光纖干涉儀(M1，M2)的光程差之差為零時(shí)，探測器(PDl)探測到的低相干干涉信號(hào)取最大值，當(dāng)被測位移變化時(shí)，探測器(PDl)探測到的信號(hào)峰值點(diǎn)的位置將成比例地移動(dòng)，用探測器(PDl)探測的信號(hào)峰值點(diǎn)的位置的移動(dòng)量決定被測位移的幅值；由光纖光柵(FBGl)反射回來的光，一路光到達(dá)光纖隔離器(II)，由于光纖隔離器(Il)的作用，這路合光不能到達(dá)光源(Si)，因此不會(huì)對光源(Si)產(chǎn)生影響，另一束光經(jīng)過3dB-耦合器(N； )后被分成兩路，這兩路光分別被自準(zhǔn)直鏡(G7，G8)準(zhǔn)直后，垂直入射到兩面反射鏡(G5，G6)上，再由這兩面反射鏡(G5，G6)分別反射回系統(tǒng)，并在3dB-耦合器(N； )處再次相遇，并發(fā)生干涉，此干涉信號(hào)經(jīng)過環(huán)形器Hl后到達(dá)光纖光柵(FBG2)，并由光纖光柵(FBG》反射，再次經(jīng)過環(huán)形器(Hl)后，由探測器(PD2) 探測，探測器(PM)探測到的是高相干干涉信號(hào)；測量位移時(shí)，信號(hào)發(fā)生器(BQ產(chǎn)生周期性鋸齒波，對位于解調(diào)光纖干涉儀(M》的一個(gè)干涉臂中的一維平移臺(tái)(M)加周期性的鋸齒波電壓，周期性地線性調(diào)節(jié)解調(diào)光纖干涉儀(M2)的光程差，探測器(PD1，PD2)分別探測到在一個(gè)調(diào)節(jié)周期內(nèi)的低相干干涉信號(hào)和高相干干涉信號(hào)；當(dāng)位移變化時(shí)，探測器(PDl)探測到的低相干干涉信號(hào)峰值點(diǎn)的位置將成比例地移動(dòng)，利用此峰值點(diǎn)的位置的移動(dòng)范圍決定被測位移的幅值，利用探測器(PD2)探測到的高相干干涉信號(hào)在探測器(PDl)探測到的低相干干涉信號(hào)峰值點(diǎn)的位置的移動(dòng)范圍內(nèi)的干涉條紋數(shù)決定被測位移的值；探測器(PD1， PD2)探測到的信號(hào)同時(shí)經(jīng)過信號(hào)處理電路(B1)、A/D轉(zhuǎn)換卡(B2)、以及計(jì)算機(jī)(B3)中的程序作數(shù)據(jù)處理后，由結(jié)果輸出(B6)輸出測量結(jié)果；探測器(PD》探測到的高相干干涉信號(hào)還同時(shí)輸入反饋控制電路(B4)，經(jīng)過反饋控制電路(B4)處理后，其輸出信號(hào)加在壓電陶瓷(PZT)上，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷(PZT)調(diào)節(jié)解調(diào)光纖干涉儀(Μ》的光程差，在解調(diào)光纖干涉儀 (M2)中的兩面反射鏡(G5，G6)以及一維平移臺(tái)(M)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，使解調(diào)光纖干涉儀 (M2)始終處于正交狀態(tài)，從而抑制環(huán)境干擾對光纖干涉儀的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖復(fù)合干涉的高精度遠(yuǎn)程絕對位移測量系統(tǒng)，其特征在于用一個(gè)光纖干涉儀(Ml)感應(yīng)位移，用另一個(gè)光纖干涉儀(Μ》解調(diào)位移；利用光纖光柵(FBGl)反射滿足布拉格條件的波長的光，使用于解調(diào)位移的光纖干涉儀(Μ》同時(shí)工作于低相干干涉和高相干干涉狀態(tài)；用低相干干涉信號(hào)決定位移的幅值，高相干干涉信號(hào)測量位移的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖復(fù)合干涉的高精度遠(yuǎn)程絕對位移測量系統(tǒng)，其特征在于利用探測器(PD》探測到的高相干干涉信號(hào)經(jīng)過反饋控制電路(B4)處理后驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷(PZT)調(diào)節(jié)解調(diào)光纖干涉儀(Μ》的光程差，從而抑制環(huán)境干擾對解調(diào)干涉儀(M2) 的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光纖復(fù)合干涉的高精度遠(yuǎn)程絕對位移測量系統(tǒng)，屬于光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域。所述系統(tǒng)由寬帶光源、光纖隔離器、三個(gè)3dB-耦合器、四個(gè)自準(zhǔn)直鏡、兩個(gè)光纖光柵、四個(gè)反射鏡、兩個(gè)探測器、環(huán)行器、一維平移臺(tái)、壓電陶瓷、反饋控制電路、信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換卡、計(jì)算機(jī)和結(jié)果輸出組成；本發(fā)明用一光纖干涉儀感應(yīng)位移，另一光纖干涉儀解調(diào)位移，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量；用于解調(diào)的光纖干涉儀同時(shí)工作在低相干干涉和高相干干涉狀態(tài)，用低相干干涉信號(hào)決定位移的幅值，實(shí)現(xiàn)絕對測量；用高相干干涉信號(hào)測量位移的值，反饋控制抑制環(huán)境干擾對解調(diào)光纖干涉儀的影響，實(shí)現(xiàn)高精度測量。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102564317SQ201110439808
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者劉義秦, 李昭瑩, 謝芳, 馬森 申請人:北京交通大學(xué)