[发明专利]一种基于迈克尔逊干涉结构的高精度应力传感系统

摘要

本发明的一种基于迈克尔逊干涉结构的高精度应力传感系统属于光纤传感器技术领域。其主要结构有泵浦源(1)、光波分复用器(3)、掺铒光纤(3)等。本发明用正弦信号作为调制信号，不会产生高频干扰，具有工作更可靠、传感精度高、应用范围广等特点。

主权项

1.一种基于迈克尔逊干涉结构的高精度应力传感系统，其结构有，泵浦源(1)与光波分复用器(2)的980nm端相连，光波分复用器(2)的1550nm端与延迟线可调光纤(11)的一端相连，延迟线可调光纤(11)的另一端与第一光隔离器(10)的输入端相连，延迟线可调光纤(11)的控制端与电平转换芯片(12)的输出端口相连，电平转换芯片(12)的输入端与单片机(17)相连；第一光隔离器(10)的输出端与光滤波器(9)的光输入端相连，光滤波器(9)的电控制端与单片机(17)相连，光滤波器(9)的光输出端与光环形器(6)的第一端口相连，光环形器(6)的第二端口与布拉格光栅组(8)的一端相连，光环形器(6)的第三端口与第一光耦合器(5)的输入端相连，第一光耦合器(5)的90％输出端与第二光隔离器(4)的输入端相连，第二光隔离器(4)的输出端与掺铒光纤(3)的一端相连，掺铒光纤(3)的另一端与波分复用器(2)的公共端相连；第一光耦合器(5)的10％输出端输出与第二光耦合器(7)的输入端相连，第二光耦合器(7)的一个输出端与第二法拉第旋转镜(24)的输入端相连，第二光耦合器(7)的另一个输出端与缠绕在压电陶瓷(22)上的光纤的一端相连，缠绕在压电陶瓷(22)上的光纤的另一端与第一法拉第旋转镜(23)的输入端相连；其特征在于，结构还有，第二光耦合器(7)的输出端与光电转换电路(25)的输入端相连，光电转换电路(25)的输出端与函数变换电路(26)的输入端相连，函数变换电路(26)的输出端与自适应幅度归一电路(27)的一个输入端相连，自适应幅度归一电路(27)的输出端与相位比较电路(28)的一个输入端相连，相位比较电路(28)的输出端与单片机(17)相连；可控频率源(20)的频率输出端与单片机(17)相连，信号输出端与相位比较电路(28)的另一个输入端相连，还与PZT驱动电路(21)的输入端相连，PZT驱动电路(21)的输出端与压电陶瓷(22)的控制端相连；恒流源电路(14)的输出端与热敏电阻(15)相连，热敏电阻(15)与模数转换电路(16)的输入端相连，模数转换电路(16)的输出端与单片机(17)相连；单片机(17)还分别与输入按键(13)、串口通信模块(18)、显示屏(19)相连；所述的可控频率源(20)的结构为，电阻R21的一端接运放U10的同相输入端，另一端接地；电容C16的一端接运放U10的同相输入端，另一端作为可控频率源(20)的信号输出端，记为端口SinM_out，与相位比较电路(28)的端口PHASE_in2相连，还与PZT驱动电路(21)的输入端相连；电阻R20的一端接运放U10的反相输入端，另一端接地；运放U10的正电源端接+5V电源，负电源端接地，输出端作为可控频率源(20)的频率输出端，记为端口FrqM_out,与单片机相连；电阻R19的一端接运放U9的反相输入端，另一端接端口SinM_out；电阻R17的一端接运放U9的反相输入端，另一端接电解电容C15的正极；电解电容C15的负极接地；电阻R18的一端接运放U9的同相输入端，另一端接地；运放U9的正电源端接+5V电源，负电源端接‑5V电源，输出端接电解电容C14的正极；电解电容C14的正极接端口SinM_out，负极接地；可调电感L1的一端接电解电容C14的正极，另一端接电解电容C15的正极；所述的自适应幅度归一电路(27)的结构为，电容C9的一端与电阻R3的一端及芯片U2的管脚3相连，电阻R3的另一端接地，电容C9的另一端作为自适应幅度归一电路(27)的输入端，记为端口ADAPT_in，与函数变换电路(26)的端口ACOS_out相连；芯片U2的管脚1、管脚7、管脚8、管脚14均接地，管脚2与管脚4均与+5V电源相连，管脚11与管脚12相连并与电容C5的一端及+5V电源相连，电容C5的另一端接地；芯片U2的管脚13与电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地；芯片U2的管脚9与电容C6的一端相连，电容C6的另一端接地；芯片U2的管脚5与电阻R12及电阻R11的一端相连，电阻R12的另一端接地，电阻R11的另一端与运放U4的输出端及电容C8的一端相连，运放U8的正电源端接+5V电源，负电源端接地；电容C8的另一端与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与运放U4的同相输入端相连；运放U4的反相输入端与滑动变电阻器W3的滑动端相连，滑动变阻器W3的一端与+5V电源相连，滑动变阻器W3的另一端接地；电容C7的一端与电阻R9的一端及运放U4的同相输入端相连，电容C7的另一端接地，电阻R9的另一端与电阻R7的一端及运放U3的输出端相连，电阻R7的另一端与运放U3的反相输入端相连；电阻R8的一端与运放U3的同相输入端相连，另一端接地；运放U3的正电源端接+5V电源，负电源端接地；芯片U2的管脚10作为自适应幅度归一电路(27)的输出端，记为端口ADAPT_out，与相位比较电路(28)的一个输入端相连；芯片U2的管脚10与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电阻R5的一端及运放U3的反相输入端相连，电阻R5的另一端与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极与滑动变阻器W2的滑动端相连；滑动变阻器W2的一端与二极管D3的负极相连并接地，滑动变阻器W2的另一端与电阻R6的一端及二极管D3的正极相连，电阻R6的另一端接‑5V电源；所述的芯片U2是可变增益放大器芯片，型号是AD8367；所述的相位比较电路(28)的结构为，电容C10的一端与运放U5的同相输入端及电阻R13的一端相连，电容C10的另一端作为相位比较电路(28)的一个输入端，记为端口PHASE_in1，与自适应幅度归一电路(27)的端口ADAPT_out相连；电阻R13的另一端接地；运放U5的正电源端接+5V电源，负电源端接地，反相输入端接地，输出端接D触发器U6A的CLK端；D触发器U6A的D端口接地；电容C11一端接地，另一端接D触发器U6A的PR端；电阻R14一端接D触发器U6A的PR端，另一端接D触发器U6A的Q端；D触发器U6A的CLR端接+5V电源，D触发器U6A的Q非端接D触发器U8A的PR端；电容C12的一端与运放U7的同相输入端及电阻R15的一端相连，电容C12的另一端作为相位比较电路(28)的另一个输入端，记为端口PHASE_in2，与可控频率源(20)的端口SinM_out相连；电阻R15的另一端接地；运放U7的正电源端接+5V电源，负电源端接地，反相输入端接地，输出端接D触发器U6B的CLK端；D触发器U6B的D端口接地；电容C13一端接地，另一端接D触发器U6B的PR端；电阻R16一端接D触发器U6B的PR端，另一端接D触发器U6B的Q端；D触发器U6B的CLR端接+5V电源，D触发器U6B的Q非端接D触发器U8A的CLR端；D触发器U8A的D端和CLK端均接地，Q端作为相位比较电路(28)的输出端，记为端口PHASE_out。