[发明专利]基于双频激光器的自混合干涉位移传感器

摘要

一种基于自混合干涉效应的位移传感器，属于激光位移测量领域，其特征在于：该位移传感器由光源，测量部分和信号处理3个部分组成，结构紧凑，仅有一个干涉通道。其系统光源使用的是双频激光器，在测量过程中，对双频激光器输出的两束正交的偏振光进行探测可以获得两路相位差为90度的余弦信号，对两路信号进行反相可获得另两路相位差为90度的余弦信号。上述四路余弦信号相位差依次为90度，该四路信号作为四倍频电路的输入信号可以实现电子细分，实现分辨率提高四倍，并且能够实现对待测物体移动方向的识别。本发明所设计的自混合干涉位移传感器是一种结构紧凑简单紧凑，分辨率和性价比高，并且易于实现物体移动方向识别的位移测量装置。

主权项

1、基于双频激光器的自混合干涉位移传感器包括光源，测量和信号处理三个部分， 其特征在于，它含有： 光源部分，它是一个单纵模Zeeman-双折射双频激光器，该双频激光器包括： 激光增益管，内部充有HeNe混合气体； 尾光输出镜，反射率为99.8％，位于激光增益管轴向一侧； 增透窗片，位于激光增益管轴向另一侧； 机械式应力施加装置，它沿垂直于激光增益管轴的方向对增透窗片施加一个应力； 主光束输出镜，反射率为98％，位于增透窗片另一侧，输出两正交偏振光，平行光和 垂直光； 横向磁场发生器，它向激光增益管施加平行或垂直于上述应力方向的横向磁场； 测量部分，指的是外腔反射镜即待测物体；当外腔反射镜沿着激光器输出光的方向运动 时，入射到它上面的两束正交的偏振光将被反射回激光器谐振腔分别与腔内的两束正交的偏 振光混合，引起两束正交的偏振光各自的光强波动，而且两束正交的偏振光的功率曲线间有 一定的相位差； 很弱光回馈水平下单纵模Zeeman-双折射双频激光器两束正交的偏振光的光强表示为： I_//＝I_//0[1+mcos()] I_＝I_0[1+mcos(+Δ)] I_//和I_分别代表平行光和垂直光在光回馈存在时的光强，而I_//0和I_0则分别代表平行光 和垂直光在无光回馈时的光强；m为光回馈的调制系数；＝4πl/λ为光束在外腔行进一个 来回所引起的相位差，其中l为外腔长度；Δ为因两束光间的模竞争而引起的相位差，Δ取 π/2： 信号处理部分，包括： Wollaston棱镜，它位于尾光输出镜的另一侧，用于将两束正交的偏振光分开； 光电探测器，共两个，位于Wollaston棱镜另一侧，用来检测Wollaston棱镜所分开 的两束正交的偏振光光强的变化； 微分器，共两个，用于将两光电探测器的电信号进行微分，获得两路相位差为90度 的余弦信号，设定这两路信号为sin()和cos()； 反相器，共两个，将被两微分器所微分的信号进行反相，获得另两路相位差为90度 的余弦信号-sin()和-cos()； 四倍频电路，实现电子细分并对外界物体移动方向进行识别；四倍频电路的输入信号 为微分器微分后所得的两路信号sin()和cos()以及反相器反相后所得的两路信号 -sin()和-cos()；此四路信号相位差依次为90度，输入四倍频电路进行电子细分； 数字显示器，用于对四倍频电路的输出的脉冲信号进行加减计数，并对位移测量结果 进行显示。