專利名稱：一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)的制作方法
一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
早期利用邁克爾遜干涉原理測量的系統(tǒng)采用透鏡形式，因其體積大、不便于操作而逐漸被光纖邁克爾遜干涉儀取代。干涉型傳感器具有很高的靈敏度和精度，而干涉信號的解調(diào)精度直接影響著干涉型傳感器的檢測精度。現(xiàn)有的解調(diào)方案采用干涉條紋計(jì)數(shù)的方法來計(jì)算干涉相位的變化，再根據(jù)相位變化與測量臂光程的變化還原出振動信號。這種方法受光強(qiáng)的影響大，要求兩束光具有較高的對比度，并且不能精確測量相位變化大于η幅度的信號和振動方向，這就限制了光纖邁克爾遜干涉儀的測量應(yīng)用范圍。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過被測物體的振動來改變邁克爾遜光纖干涉儀一臂的光程，從而使兩臂光程差產(chǎn)生變化，進(jìn)而利用基于反正切(ARCTAN)計(jì)算的相位生成載波(PGC)相位解調(diào)技術(shù)進(jìn)行干涉信號的解調(diào)，實(shí)現(xiàn)高精度的在線測量。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)依次通過窄帶光源、耦合器、非平衡邁克爾遜光纖干涉儀兩臂，其中一路經(jīng)光纖自聚焦透鏡垂直照射到振動物體表面后返回到自聚焦透鏡并耦合進(jìn)光纖，另一路經(jīng)參考臂光纖末端的反射裝置返回，兩路光再通過耦合器并發(fā)生干涉，干涉信號由光電探測器(PD)轉(zhuǎn)換為電信號并輸出，最后通過數(shù)據(jù)處理模塊，同時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊生成載波信號控制相位調(diào)制器，對參考臂光纖進(jìn)行相位調(diào)制，最終利用基于反正切(ARCTAN)計(jì)算的相位生成載波(PGC)相位解調(diào)技術(shù)，由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行信號處理，得出解調(diào)結(jié)果。
上述方案中，所述的光纖自聚焦透鏡采用尾纖式自聚焦透鏡，由自聚焦透鏡出射平行光，經(jīng)被測物體表面垂直反射后再通過自聚焦透鏡耦合進(jìn)光纖。
上述方案中，所述的光纖末端的反射裝置采用在光纖末端的切面上鍍膜形成反射鏡、尾纖式自聚焦透鏡與反射鏡形成的反射回路或光纖環(huán)形鏡(FLM)。
上述方案中，所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)模塊、信號發(fā)生模塊和信號處理模塊。
上述方案中，所述的數(shù)據(jù)處理模塊生成載波信號對參考臂光纖進(jìn)行調(diào)制方法采用由數(shù)據(jù)處理模塊生成載波信號直接加載在纏繞在參考臂上的壓電陶瓷(PZT)、電光調(diào)制器或聲光調(diào)制器上；或者由信號發(fā)生器生成載波信號加載在纏繞在參考臂上的壓電陶瓷、電光調(diào)制器或聲光調(diào)制器上，同時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊采集信號發(fā)生器的輸出信號。
本發(fā)明的效果和益處是采用邁克爾遜光纖干涉儀與基于反正切(ARCTAN)計(jì)算的相位生成載波(PGC)相位解調(diào)技術(shù)的結(jié)合，系統(tǒng)具有高靈敏度、大動態(tài)范圍、良好線性、對較大信號良好的響應(yīng)以及不受光強(qiáng)及可見度漂移因素的影響，能實(shí)現(xiàn)非接觸微振動的在線測量，且成本低，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1是一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本系統(tǒng)基于ARCTAN計(jì)算的PGC相位解調(diào)原理框圖。
圖3是本系統(tǒng)ARCTAN函數(shù)的值域擴(kuò)展原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖1所示，中心波長為1554. 7Inm的分布式反饋激光器(DFB)發(fā)出激光經(jīng)單模光纖3dB耦合器分為兩路，一路通過測量臂光纖到達(dá)光纖自聚焦透鏡，調(diào)整自聚焦透鏡出射平行光垂直照射到被測物體表面，平行光反射后經(jīng)自聚焦透鏡耦合到測量臂光纖并返回到耦合器，另一路經(jīng)參考臂光纖到達(dá)末端反射裝置反射并沿參考臂光纖返回到耦合器，兩路光在耦合器中發(fā)生干涉并從耦合器輸出，然后經(jīng)光電探測器(PD)轉(zhuǎn)換為電信號，并由數(shù)據(jù)處理模塊采集，同時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊輸出載波信號加載在纏繞在參考臂上的相位調(diào)制器上，最終利用基于反正切(ARCTAN)計(jì)算的相位生成載波(PGC)相位解調(diào)技術(shù)，由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行信號處理，得出解調(diào)結(jié)果。
當(dāng)相位調(diào)制函數(shù)為CCOS(co。t)，干涉信號光強(qiáng)的輸出表達(dá)式可以寫為
權(quán)利要求
1.一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，其特征是依次通過窄帶光源、耦合器、非平衡邁克爾遜光纖干涉儀兩臂，其中一路經(jīng)光纖自聚焦透鏡垂直照射到振動物體表面后返回到自聚焦透鏡并耦合進(jìn)光纖，另一路經(jīng)光纖末端的反射裝置返回， 兩路光再通過耦合器并發(fā)生干涉，干涉信號由光電探測器(PD)轉(zhuǎn)換為電信號并輸出，最后通過數(shù)據(jù)處理模塊，同時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊生成載波信號控制相位調(diào)制器，對參考臂光纖進(jìn)行相位調(diào)制，最終利用基于反正切(ARCTAN)計(jì)算的相位生成載波(PGC)相位解調(diào)技術(shù)，由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行信號處理，得出解調(diào)結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，其特征在于采用非平衡邁克爾遜光纖干涉儀與基于ARCTAN的PGC相位解調(diào)技術(shù)的結(jié)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，其特征在于測量傳感頭采用尾纖式自聚焦透鏡出射平行光，經(jīng)被測物體 表面垂直反射后再通過自聚焦透鏡耦合進(jìn)光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，其特征在于所述的光纖末端的反射裝置采用在光纖末端的切面上鍍膜形成反射鏡、 尾纖式自聚焦透鏡與反射鏡形成的反射回路或光纖環(huán)形鏡(FLM)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)處理模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)模塊、信號發(fā)生模塊和信號處理模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理模塊生成載波信號對參考臂光纖進(jìn)行相位調(diào)制方法采用由數(shù)據(jù)處理模塊生成載波直接加載在纏繞在參考臂上的壓電陶瓷(PZT)、電光調(diào)制器或聲光調(diào)制器上；或者由信號發(fā)生器生成載波信號加載在纏繞在參考臂上的壓電陶瓷、電光調(diào)制器或聲光調(diào)制器上，同時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊采集信號發(fā)生器的輸出信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，其特征在于所述的基于反正切(ARCTAN)計(jì)算的相位生成載波(PGC)相位解調(diào)是將數(shù)據(jù)處理模塊采集到的干涉信號分別與一倍頻載波和二倍頻載波相乘，輸出信號分解為兩個(gè)正交分量，然后通過低通濾波器、除法器、反正切計(jì)算、值域擴(kuò)展，得出相位解調(diào)結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，其特征在于所述的值域擴(kuò)展是將反正切運(yùn)算的輸出由跳躍檢測模塊檢測兩相鄰時(shí)刻的Φ值之差，利用檢測的結(jié)果對Φ進(jìn)行校正，最后通過高通濾波器得到在較大的信號和溫漂范圍內(nèi)得到無失真的相位信號解調(diào)輸出。
全文摘要
一種基于非平衡邁克爾遜光纖干涉儀的非接觸微振動測量系統(tǒng)，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。其特征是該系統(tǒng)依次通過窄帶光源、耦合器、非平衡邁克爾遜光纖干涉儀，其中一路經(jīng)光纖自聚焦透鏡垂直照射到物體表面后返回耦合進(jìn)光纖，另一路經(jīng)參考臂光纖末端的反射裝置返回，兩路光再通過耦合器、光電探測器(PD)、數(shù)據(jù)處理模塊，同時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊生成載波控制干涉臂上的相位調(diào)制器，最終利用基于反正切(ARCTAN)計(jì)算的相位生成載波(PGC)相位解調(diào)技術(shù)得出結(jié)果。本發(fā)明的效果和益處是采用邁克爾遜光纖干涉儀與基于反正切計(jì)算的相位生成載波相位解調(diào)技術(shù)的結(jié)合，具有高靈敏度、良好的響應(yīng)以及不受光強(qiáng)及可見度漂移因素的影響，能實(shí)現(xiàn)非接觸微振動的在線測量。
文檔編號G01H9/00GK102564564SQ20121006221
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者荊振國, 邢傳奇 申請人:大連理工大學(xué)