光纤Fabry-Perot位移传感系统技术方案

本发明专利技术提供的基于光频调制相位载波解调方法的光纤Fabry-Perot位移传感系统，用于测量被测物体的振动位移量，包括：光纤Fabry-Perot位移传感器和光频调制相位载波信号解调系统，其中光纤Fabry-Perot位移传感器包括：准直透镜和夹持装置，该准直透镜带有尾纤且该准直透镜被夹持装置所夹持；该光频调制相位载波信号解调系统包括：激光电流控制器、激光温度控制器、波长可调窄带激光器、光纤隔离器、2×2光纤耦合器、光电转换器、数模转换器、模数转换器和微处理器。本发明专利技术可以提高光纤位移传感系统的测量精度、测量范围和抗电磁干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
光纤Fabry-Perot位移传感系统
本专利技术涉及传感技术，尤其涉及一种基于光频调制相位载波解调方法的光纤Fabry-Perot位移传感系统。
技术介绍
在许多研究领域和工业场合都需要对物体的振动位移进行测量，一般可以选用光纤干涉型振动位移传感系统实现。光纤干涉型振动位移传感系统中传感器最常用的结构主要有Mach-Zehnder（马赫－曾德尔）干涉仪、Michelson（迈克逊）干涉仪和Fabry-Perot（法布里－珀罗）干涉仪。其中，光纤Fabry-Perot干涉仪具有对两个反射面之间的光程差变化非常敏感和结构更加紧凑的特点。但是，目前光纤Fabry-Perot干涉型振动位移传感系统的主要缺点是测量精度低、测量范围小、抗电磁干扰能力低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种光纤Fabry-Perot位移传感系统。可以提高光纤Fabry-Perot位移传感系统的测量精度、测量范围和抗电磁干扰能力。本专利技术提供的一种光纤Fabry-Perot位移传感系统，用于测量被测物体的振动位移量，包括：光纤Fabry-Perot位移传感器，所述光纤Fabry-Perot位移传感器包括：准直透镜和夹持装置，所述准直透镜带有尾纤，且所述准直透镜被所述夹持装置所夹持固定；或者，所述光纤Fabry-Perot位移传感器包括：光纤和夹持装置，所述光纤的一端面被切平，且所述光纤被所述夹持装置所夹持固定。进一步：所述准直透镜的出光面或者所述光纤被切平的端面采用不镀膜结构或者镀半反半透膜结构。进一步：所述准直透镜的出光面或者所述光纤被切平的端面的出射光直接或者经过会聚透镜到达被测物体的表面。进一步：还包括：光频调制相位载波信号解调系统；所述光频调制相位载波信号解调系统向所述光纤Fabry-Perot位移传感器发射激光信号，所述激光信号通过光纤Fabry-Perot位移传感器入射到被测物体；所述光纤Fabry-Perot位移传感器接收所述被测物体返射回的光信号，并向所述光频调制相位载波信号解调系统反馈干涉信号；所述光频调制相位载波信号解调系统根据所述激光信号和返回的干涉信号，计算得到所述被测物体相对于所述光纤Fabry-Perot位移传感器的位移量。进一步：所述光频调制相位载波信号解调系统包括：光电转换器I，用于将所述激光信号转换为电信号I；光电转换器II，用于将所述光纤Fabry-Perot位移传感器返回的干涉信号转换为电信号II；模数转换器，用于将所述电信号I转换为数字信号I，将所述电信号II转换为数字信号II；微处理器，用于对所述数字信号I和数字信号II进行除法运算，得到消除光功率调制的干涉信号，然后将所述消除光功率调制的干涉信号分为两路，分别与一倍频载波信号和二倍频载波信号进行乘法运算，并将得到的信号再分别进行低通滤波得到两个相互正交的干涉信号，再对该两个相互正交的干涉信号进行除法运算，并对除法运算的结果进行求反正切运算，以及对求反正切运算得到的相位进行增量相位运算得到相位变化，最后对所述相位变化进行比例运算，得到所述被测物体相对于所述光纤Fabry-Perot位移传感器的位移量。进一步：所述光频调制相位载波信号解调系统包括：光电转换器I，用于将所述激光信号转换为电信号I；光电转换器II，用于将所述光纤Fabry-Perot位移传感器返回的干涉信号转换为电信号II；模数转换器，用于将所述电信号I转换为数字信号I，将所述电信号II转换为数字信号II；微处理器，用于对所述数字信号I和数字信号II进行除法运算，得到消除光功率调制的干涉信号，然后将所述消除光功率调制的干涉信号分为两路，分别与一倍频载波信号和二倍频载波信号进行乘法运算，并将得到的信号再分别进行低通滤波得到两个相互正交的干涉信号I1、I2，再对该两个相互正交的干涉信号分别进行微分运算，得到I1′、I2′再进行I1′*I2－I2′*I1，再进行积分运算和高通滤波得到相位变化，最后对所述相位变化进行比例运算，得到所述被测物体相对于所述光纤Fabry-Perot位移传感器的位移量。进一步：所述光频调制相位载波信号解调系统，还包括：激光电流控制器、激光温度控制器、波长可调窄带激光器、光纤隔离器、2×2光纤耦合器和数模转换器；所述激光电流控制器、激光温度控制器与所述波长可调窄带激光器的输入端连接，所述波长可调窄带激光器的输出端与所述光纤隔离器连接；所述2×2光纤耦合器的四个接口分别接光纤隔离器、光纤Fabry-Perot位移传感器、光电转换器I和光电转换器II；所述微处理器还通过数模转换器与所述激光电流控制器、激光温度控制器连接，用于控制所述激光电流控制器、激光温度控制器。进一步：所述光频调制相位载波信号解调系统，还包括：激光电流控制器、激光温度控制器、波长可调窄带激光器、光纤隔离器、2×2光纤耦合器、信号发生器和数模转换器；所述激光电流控制器、激光温度控制器与所述波长可调窄带激光器的输入端连接，所述波长可调窄带激光器的输出端与所述光纤隔离器连接。所述2×2光纤耦合器的四个接口分别接光纤隔离器、光纤Fabry-Perot位移传感器、光电转换器I和光电转换器II；所述信号发生器，与所述激光电流控制器连接，用于产生控制所述激光电流控制器的调制信号，以及与所述模数转换器的连接，用于将所述调制信号通过所述模数转换器输出至微处理器；所述微处理器还通过数模转换器与所述信号发生器、激光温度控制器连接，用于控制所述信号发生器、激光温度控制器。进一步：所述波长可调窄带激光器，激光电流控制器和激光温度控制器由波长可调的窄线宽光源代替。本专利技术的有益效果：由于光纤Fabry-Perot位移传感器采用夹持装置夹持准直透镜或一端被切平的光纤的结构，因此可以对入射光进行准直，这既可以减小发散角，又可增大光线出射面积，能够有效地降低光纤的反射损耗，提高光纤Fabry-Perot位移传感系统的测量精度。又由于采用夹持装置夹持准直透镜或一端被切平的光纤的方式，可以通过对夹持装置的调整，很容易地对准直透镜或一端被切平的光纤的出光面与被测物体的表面的距离和平行度进行调整，使光纤Fabry-Perot位移传感器工作在不同的距离，这将提高光纤Fabry-Perot位移传感系统的测量范围。又由于，该光纤Fabry-Perot位移传感器中没有引入任何带电元件，因此其具有较好的抗电磁干扰能力，适用于远程和复杂电磁环境时的测量。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1是本专利技术的光纤Fabry-Perot位移传感系统的第一实施例的结构示意图。图2是本专利技术的光纤Fabry-Perot位移传感系统的第二实施例的结构示意图。图3是本专利技术的光纤Fabry-Perot位移传感系统的第三实施例的结构示意图。图4是本专利技术的光纤Fabry-Perot位移传感器的另一种结构示意图。图5是测量5Hz的正弦激励时光纤Fabry-Perot位移传感系统的输出结果示意图。图6是测量白噪声激励时光纤Fabry-Perot位移传感系统的输出结果示意图。具体实施方式请参考图1，是本专利技术的光纤Fabry-Perot位移传感系统的第一实施例的结构示意图。如图所示，该光纤Fabry-Perot位移传感系统包括：光频调制相位载波信号解调系统60和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤法布里－珀罗Fabry？Perot位移传感系统，用于测量被测物体的振动位移量，包括：光纤Fabry？Perot位移传感器，其特征在于：所述光纤Fabry？Perot位移传感器包括：准直透镜和夹持装置，所述准直透镜带有尾纤，且所述准直透镜被所述夹持装置所夹持固定；或者，所述光纤Fabry？Perot位移传感器包括：光纤和夹持装置，所述光纤的一端面被切平，且所述光纤被所述夹持装置所夹持固定。

【技术特征摘要】
1.一种光纤法布里－珀罗Fabry-Perot位移传感系统，用于测量被测物体的振动位移量，包括：光纤Fabry-Perot位移传感器，其特征在于：所述光纤Fabry-Perot位移传感器包括：准直透镜和夹持装置，所述准直透镜带有尾纤，且所述准直透镜被所述夹持装置所夹持固定；或者，所述光纤Fabry-Perot位移传感器包括：光纤和夹持装置，所述光纤的一端面被切平，且所述光纤被所述夹持装置所夹持固定；所述准直透镜的出光面或者所述光纤被切平的端面采用不镀膜结构或者镀半反半透膜结构；所述位移传感系统还包括光频调制相位载波信号解调系统；所述光频调制相位载波信号解调系统向所述光纤Fabry-Perot位移传感器发射激光信号，所述激光信号通过光纤Fabry-Perot位移传感器入射到被测物体；所述光纤Fabry-Perot位移传感器接收所述被测物体返射回的光信号，并向所述光频调制相位载波信号解调系统反馈干涉信号；所述光频调制相位载波信号解调系统根据所述激光信号和返回的干涉信号，计算得到所述被测物体相对于所述光纤Fabry-Perot位移传感器的位移量；所述光频调制相位载波信号解调系统包括：光电转换器I，用于将所述激光信号转换为电信号I；光电转换器II，用于将所述光纤Fabry-Perot位移传感器返回的干涉信号，转换为电信号II；模数转换器，用于将所述电信号I转换为数字信号I，将所述电信号II转换为数字信号II；微处理器，用于对所述数字信号I和数字信号II进行除法运算，得到消除光功率调制的干涉信号，然后将所述消除光功率调制的干涉信号分为两路，分别与一倍频载波信号和二倍频载波信号进行乘法运算，并将得到的信号再分别进行低通滤波得到两个相互正交的干涉信号，再对该两个相互正交的干涉信号进行除法运算，并对除法运算的结果进行求反正切运算，以及对求反正切运算得到的相位进行增量相位运算得到相位变化，最后对所述相位变化进行比例运算，得到所述被测物体相对于所述光纤Fabry-Perot位移传感器的位移量。2.如权利要求1所述的光纤Fabry-Perot位移传感系统，其特征在于：所述准直透镜的出光面或者所述光纤被切平的端面的出射光直接到达被测物体的表面或者经过会聚透镜到达被测物体的表面。3.如权利要求1所述的光纤位移传感系统，其特征在于：所述光频调制相位载波信号解调系统，还包括：激光电流控制器、激光温度控制器、波长可调窄带激光器、光纤隔离器、2×2光纤耦合器和数模转换器；所述激光电流控制器、激光温度控制器与所述波长可调窄带激光器的输入端连接，所述波长可调窄带激光器的输出端与所述光纤隔离器连接；所述2×2光纤耦合器的四个接口分别接光纤隔离器、光纤Fabry-Perot位移传感器、光电转换器I和光电转换器II；所述微处理器还通过数模转换器与所述激光电流控制器、激光温度控制器连接，用于控制所述激光电流控制器、激光温度控制器。4.如权利要求1所述的光纤Fabry-Perot位移传感系统，其特征在于：所述光频调...

【专利技术属性】
技术研发人员：王代华，贾平岗，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：