本发明专利技术公开了一种基于光纤复合干涉的高精度绝对位移测量系统，属于光学测量技术领域。所述系统由宽带光源、光纤隔离器、3dB-耦合器、二个自准直镜、光纤光栅、二个反射镜、两个探测器、环行器、一维平移台、压电陶瓷、反馈控制电路、信号发生器、信号处理电路、A/D转换卡、计算机和结果输出组成；本发明专利技术利用光纤光栅反射满足布拉格条件的波长的光，使光纤干涉仪同时工作在低相干干涉和高相干干涉状态，用低相干干涉信号决定被测位移的幅值，使测量量程不受光波波长的限制，并实现绝对测量；用高相干干涉信号测量位移的值，并用反馈控制抑制环境干扰对光纤干涉仪的影响，实现高精度测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学测量
，特别是涉及一种基于光纤复合干涉的高精度绝对位移测量系统。
技术介绍
现有的与此技术相接近的文献有以下两个D. P. Hand, Τ. A. Carolan, J. S. Barton, and J. D. C. Jones. "Profile measurement of optically rough surfaces by fiber-optic interferometry", Opt. Lett.，Vol. 18，No. 16，1993，P. 1361-1363. (Optics Letters (光学快报)，第 18 卷，第 16 期，P. 1361-1363)文献的技术原理如图1所示。半导体激光器发出的光经过法拉第隔离器和光纤3dB_耦合器后，到达测量头，测量头是一个菲索干涉仪，一部分光被光纤端面反射作为参考光，另一部分光经过自聚焦透镜聚焦后，投射到被测表面上，由被测表面反射重新回到系统中并与参考光发生干涉，干涉信号由探测器探测，干涉信号的相位决定于被测表面被测点的纵向高度；改变该激光器的驱动电流以改变激光器的发光频率，用四种不同频率的光对同一点进行测量，得到四个干涉信号，由于入射光波频率不同，四个干涉信号的位相就不同，调节驱动电流，使相邻两个干涉信号的相位差η /2，通过以下式子，即可解调出该点的光程差D，即完成单点的测量4 肝 I1I -J3 JIn(η = 1,2,3,4)是第η次干涉信号的强度，c是光速，ν是入射光频率。步进电机再带动测量头横向扫描被测表面，即完成对被测表面的测量。Dejiao Lin, Xiangqian Jiang, Fang Xie, Wei Zhang, Lin Zhang and Ian Bennion. "High stability multiplexed fibre interferometer and its application on absolutedisplacement measurement and on-line surface metrology，，，Optics Express, Vol. 12, Issue 23，2004，P. 5729-5734. (Optics Express (光学特快)，2004 年，第 12 卷，第 23 期，P. 5729-5734)文献的技术原理图如图2所示。此系统包含两个光路几乎重合的迈克尔逊干涉仪。一个迈克尔逊干涉仪是利用测量臂上的光纤光栅和参考镜作为反射镜构成，用于完成稳定工作；另一个迈克尔逊干涉仪是利用测量镜和参考镜作为反射镜构成，用于完成测量工作。因为两个干涉仪的参考臂共用一个反射镜，两个干涉仪的参考臂光路完全重合，又由于两个干涉仪的测量臂几乎重合， 所以，一个干涉仪稳定了，另一个干涉仪也就稳定了。由半导体激光器发出波长为λ ^的光经过两个3dB_耦合器后被分为两路，一路被光纤光栅反射，另一路被参考反射镜反射。两路反射光经过3dB-耦合器后再次相遇并且发生干涉，干涉信号经过环行器后，被另一个光纤光栅反射，再次经过环行器，然后被探测器探测，此探测器探测到的信号经过伺服电路处理后驱动压电陶瓷管调节光纤干涉仪的参考臂的长度，使稳定干涉仪的两个干涉臂始终处于正交状态(相位差为η/2)，从而实现稳定该干涉仪的目的。可调谐激光器发出的波长入1]]可变的光经过两个光纤3dB_耦合器后被分为两路， 一路经过光纤自准直透镜后再由测量镜反射再次回到干涉仪中，另一路经过光纤自准直透镜后再由参考镜反射再次回到干涉仪中，两路光经过3dB-耦合器后相遇，形成干涉信号， 此干涉信号经过环行器及光纤光栅后，被探测器探测，再经过相位分析即测量出测量镜的位移。上述两个现有技术存在的问题和不足是1、测量量程受入射光波波长λ的限制，测量量程很小，仅为λ/2，不能对跨距大于λ/2的位移进行测量。2、不能进行绝对测量。
技术实现思路
本专利技术基于波分复用技术，利用光纤光栅反射满足布拉格条件的波长的光，使光纤干涉仪同时工作在低相干干涉和高相干干涉状态。利用低相干干涉信号决定位移的幅值，使测量量程不受光波波长限制，并实现绝对测量；利用高相干干涉信号测量位移的值， 并利用反馈控制抑制环境干扰对光纤干涉仪的影响，实现高精度测量。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种基于光纤复合干涉的高精度绝对位移测量系统，由宽带光源Si、光纤隔离器 GL、3dB-耦合器N、二个自准直镜G3和G4、光纤光栅FBG、二个反射镜Gl和G2、两个探测器 PDl和PD2、环行器H、一维平移台M、压电陶瓷PZT、反馈控制电路B4、信号发生器B5、信号处理电路Bi、A/D转换卡B2、计算机B3和结果输出B6组成；宽带光源Sl发出的光经过光纤隔离器GL、3dB耦合器N后被分成两路，这两路光分别被自准直镜G3和G4准直后，垂直入射到测量镜Gl和参考镜G2上，并由测量镜Gl和参考镜G2再次反射回系统，两束反射光在3dB-耦合器N再次相遇，其中一路合光到达光纤隔离器GL，由于光纤隔离器GL的作用此光不会到达光源Si，因此不会对光源Sl产生影响；另一路合光经过环形器H后到达光纤光栅FBG，合光中满足此光纤光栅FBG布拉格条件的波长的光被光纤光栅反射，反射光再次经过环形器H，由探测器PDl探测，探测器PDl探测到的是高相干干涉信号；透过光纤光栅FBG 的光由探测器PD2探测。当光纤干涉仪的光程差小于光源的相干长度时，探测器PD2探测到的是低相干干涉信号，当光纤干涉仪的光程差为零时，探测器PD2探测到的信号为最大； 信号发生器B5产生周期性锯齿波，对位于光纤干涉仪的一个干涉臂中的一维平移台M加周期性的锯齿波电压，周期性地线性调节光纤干涉仪的光程差，探测器PDl和PD2分别探测到在一个调节周期内的高相干干涉信号和低相干干涉信号。当位移变化时，探测器PD2探测到的低相干干涉信号峰值点的位置将成比例地移动，利用此峰值点的位置的移动范围决定位移的幅值，利用探测器PDl探测到的高相干干涉信号在探测器PD2探测到的低相干干涉信号峰值点的位置的移动范围内的干涉条纹数决定位移的值；探测器PDl和PD2探测到的信号同时经过信号处理电路Bi、A/D转换卡B2、以及计算机B3中的程序作数据处理后，由结果输出B6输出测量结果；探测器PDl探测到的高相干干涉信号还同时输入反馈控制电路B4，经过反馈控制电路B4处理后，其输出信号加在压电陶瓷PZT上，驱动压电陶瓷PZT调节光纤干涉仪的光程差。进一步，作为一种优先方案，利用光纤光栅FBG反射满足布拉格条件的波长的光， 使光纤干涉仪同时工作于低相干干涉和高相干干涉状态；用低相干干涉信号峰值点的位置的移动量决定被测位移的幅值，用高相干干涉信号测量位移的值。进一步，作为一种优先方案，利用探测器PDl探测到的高相干干涉信号经过反馈控制电路B4处理后驱动压电陶瓷PZT调节光纤干涉仪的光程差，从而抑制环境干扰对解调干涉仪的影响。本专利技术的有益效果主要有二个1、本专利技术利用低相干干涉信号决定位移的幅值，使测量量程不受光波波长的限制，并实现绝对测量；利用高相干干涉信号测量位移的值，实现高精度测量。2、本专利技术利用反馈控制抑制环境干扰对光纤干涉仪的影本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢芳，刘义秦，马森，李昭莹，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。