[发明专利]一种基于光纤复合干涉的高精度绝对位移测量系统

摘要

本发明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。

主权项

一种基于光纤复合干涉的高精度绝对位移测量系统，其特征在于它是由宽带光源(S1)、光纤隔离器(GL)、3dB‑耦合器(N)、二个自准直镜(G3，G4)、光纤光栅(FBG)、二个反射镜(G1，G2)、两个探测器(PD1，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(B1)、A/D转换卡(B2)、计算机(B3)和结果输出(B6)组成；宽带光源(S1)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，G4)准直后，垂直入射到测量镜(G1)和参考镜(G2)上，并由测量镜(G1)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(S1)，因此不会对光源(S1)产生影响；另一路合光经过环形器后到达光纤光栅(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(FBG)反射，反射光再次经过环形器(H)，由探测器(PD1)探测，探测器(PD1)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，二个自准直镜(G3，G4)、二个反射镜(G1，G2)构成光纤干涉仪，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(PD1，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(PD1)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(PD1，PD2)探测到的信号同时经过信号处理电路(B1)、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(PD1)探测到的高相干干涉信号还同时输入反馈控制电路，经过反馈控制电路处理后，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。