高灵敏度位移测量系统技术方案

本发明专利技术提供一种高灵敏度位移测量系统，包括位移传感器、第一耦合器和处理器，位移传感器包括光纤、压板和底板，压板和底板上分别设置有压块和凸块，光纤的第一端输入测量信号，第二端沿凸块走向铺设在各个凸块的上表面，在铺设对应圈数后与第一耦合器连接；当待测物移位时各个压块对着各个光纤段同步垂直下压，使每相邻两凸块之间的光纤段发生延展，延展后各个光纤段长度的变化，使得该测量信号通过光纤传输给该第一耦合器的延时发生变化；延时后的测量信号与参考信号在第一耦合器处发生干涉，生成干涉信号；处理器根据干涉信号，确定待测物的位移。本发明专利技术结构简单、造价低且灵敏度高。造价低且灵敏度高。造价低且灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】
高灵敏度位移测量系统


[0001]本专利技术属于位移光纤传感领域，具体涉及一种高灵敏度位移测量系统。

技术介绍

[0002]在当前的光学高精度位移传感系统中，由于位移测量精度大多要求在微米和纳米量级，多数系统采用全空间光结构或者光纤结构加上特制探头的结构去满足测量要求，并且这两种方式在后端都需要进行复杂的软件算法辅助。常用的全空间光结构一般是利用单频或者是双频的激光干涉法，以双频激光干涉法为例，系统中存在参考信号和测量信号，利用参考信号对测量信号进行监测，通过两路信号的相位差来获取位移值，全空间光结构中传输的是偏振光易受到外界环境的干扰，而且系统的体积较大，搭建起来也较为困难。光纤结构加上特制的探头的干涉系统，原理上也是光干涉，这类系统结构较为简单，由于大部分结构是光纤，抗干扰能力较强，但是探头一般需要特别设计和加工，使得系统的整体造价较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种高灵敏度位移测量系统，以解决目前高精度位移传感系统难以兼具结构简单和造价低这两个优点，以及后端需要复杂化算法辅助测量的问题。
[0004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度位移测量系统，其特征在于，包括位移传感器、第一耦合器和处理器，所述位移传感器的输入端输入测量信号，输出端连接所述第一耦合器的第一输入端，所述第一耦合器的第二输入端输入参考信号，输出端连接该处理器；所述位移传感器包括光纤、压板和底板，所述压板和底板上分别设置有压块和凸块，所述压块和凸块相对设置且每个压块均位于对应相邻两凸块之间，所述光纤的第一端用于输入该测量信号，第二端沿该凸块走向铺设在各个凸块朝向该压板的上表面上，在铺设对应圈数后与该第一耦合器的第一输入端连接，每相邻两凸块之间的光纤段的两端分别与该相邻两凸块固定连接；待测物移位时带动该压板朝着该底板的方向平移，各个压块对着各个光纤段同步垂直下压，使每相邻两凸块之间的光纤段发生延展，延展后各个光纤段长度的变化，使得该测量信号通过该光纤传输给该第一耦合器的延时发生变化；延时后的测量信号与所述参考信号在所述第一耦合器处发生干涉，生成干涉信号；所述处理器根据所述干涉信号，确定因所述待测物位移改变带来的干涉延时差，根据所述延时差，确定所述光纤段延展后的长度，从而确定所述待测物的位移；其中所述待测物位移不同，对应带来的所述干涉的延时差大小不同。2.根据权利要求1所述的高灵敏度位移测量系统，其特征在于，还包括第一波长单频激光器、第二波长单频激光器、第二耦合器、强度调制器和波分复用器，所述处理器包括光电探测器和矢量网络分析仪VNA，所述第一波长单频激光器和第二波长单频激光器的输出端分别与该第二耦合器的对应输入端连接，所述第二耦合器的输出端通过该强度调制器与该波分复用器的输入端连接，所述波分复用器的两输出端分别连接所述位移传感器中光纤的第一端，以及所述第一耦合器的第二输入端；所述VNA连接该强度调制器的调制端；所述第二耦合器将该第一波长单频激光器和第二波长单频激光器对应提供的第一波长激光和第二波长激光耦合传输给所述强度调制器；所述强度调制器根据所述VNA提供的扫频微波源，对所述第一波长激光和第二波长激光进行双边带微波调制，并将双边带微波调制后的载有微波信号的光信号传输给所述波分复用器；所述波分复用器将所述光信号中的第一波长光信号和第二波长光信号分别作为所述测量信号和参考信号，对应传输给所述位移传感器和所述第一耦合器，所述第一波长光信号经该位移传感器延时处理后传输给该第一耦合器；延时后的第一波长光信号以及所述第二波长光信号在该第一耦合器处发生微波干涉，产生微波干涉信号，并将包括该微波干涉信号的合束光传输给该光电探测器；所述光电探测器将该合束光转换为电信号；所述VNA根据所述电信号恢复出所述微波干涉信号，根据所述微波干涉信号的强度，确定因所述待测物位移改变带来的干涉延时差，根据所述延时差，确定所述光纤段延展后的长度，从而确定所述待测物的位移。3.根据权利要求1或2所述的高灵敏度位移测量系统，其特征在于，根据所述延时差，确定所述光纤段延展后的长度，从而确定所述待测物的位移具体包括：根据延时差τ、所述位移传感器中光纤的铺设圈数m以及每圈中光纤段的个数n，确定单个光纤段延展后的长度ΔL；根据单个光纤段延展后的长度ΔL、由下压点将光纤段分成的两分段之间的夹角θ以及
相邻两凸块之间光纤段在该两凸块上的内侧接触点之间的距离a，确定该光纤段的下压点与该凸块上表面所在平面之间的距离d，当初始状态下所述光纤段处于非延展状态时，所述距离d即为所述待测物的位移量；当初始状态下所述光纤段处于延展状态时，将初始状态下确定的距离d与测量状态下确定的距离d相减，从而得到所述待测物的位移量。4.根据权利要求3所述的高灵敏度位移测量系统，其特征在于，按照以下公式，根据延时差τ、所述位移传感器中光纤的铺设圈数m以及每圈中光纤段的个数n，确定单个光纤段延展后的长度ΔL：其中n
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【专利技术属性】
技术研发人员：邓明，冯丹祺，李中豪，谷三峰，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：