CN106840366A

CN106840366A - 一种零差正交光纤干涉测振装置

Info

Publication number: CN106840366A
Application number: CN201710264643.0A
Authority: CN
Inventors: 陈建冬; 常天英; 张瑾; 付群健; 高文智; 崔洪亮
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2017-06-13

Abstract

一种零差正交光纤干涉测振装置，所述装置包括：激光光源(1)，第一偏振控制器(2)，保偏2×2耦合器(3)，第二偏振控制器(4)，压电陶瓷(5)，振动传感探头(8)，第一反射镜(6)，第二反射镜(7)，偏振分束器(9)，光电探测器1(11)，光电探测器2(10)，振动解调模块(12)。由激光光源发出线偏振光，经过第一偏振控制器变成圆偏振光，经过保偏2×2耦合器分成两束，第一束经由第二偏振控制器，压电陶瓷，第一反射镜反射；第二束经过振动传感探头，第二反射镜反射，两束反射光经过保偏2×2耦合器传输到偏振分束器分成两束正交的干涉信号分别被光电探测器1和光电探测器2接收，两路正交的干涉信号被振动解调模块解调得到高精度被测振动信息。

Description

一种零差正交光纤干涉测振装置

技术领域

本发明属于检测仪器领域，主要介绍一种零差正交光纤干涉测振装置。

背景技术

近年来，随着现代工业和新技术的快速发展，对振动测量装置的精度要求越来越高，光学方法高精度测量振动信号的技术受到广泛的重视，尤其是在一些特定的研究领域，比如精密加工中的微纳测量、高精度高灵敏度检波器的标定等，其应用需求日益迫切，因此，高精度的振动测量有着重要的现实意义。因此，如何寻找更加精确的测量微振动方法以及装置是一项很重要的工作。

基于现有的技术，相关仪器及测量方法相继出现，例如：双频激光干涉测振仪(程兆谷；高海军，双频激光干涉仪，CN200410052915.3)，零差激光干涉测振仪(王鸣等，正交型零差激光干涉仪及其测量方法，CN201510287943.1)，但这些仪器存在体积庞大，光学元件分立，光路调整复杂因等缺点，因此如何提高精度的同时并简化装置，实现自动化调整测量，并获得更高精度的测量值是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种零差正交光纤干涉测振装置，本发明是针对高精度振动测量应用，提供一种高精度、高稳定度的基于零差正交干涉技术的光纤式测振装置。

本发明之一种零差正交光纤干涉测振装置，所述装置包括：激光光源(1)，第一偏振控制器(2)，保偏2×2耦合器(3)，第二偏振控制器(4)，压电陶瓷(5)，振动传感探头(8)，第一反射镜(6)，第二反射镜(7)，偏振分束器(9)，光电探测器1(11)，光电探测器2(10)，振动解调模块(12)。由激光光源发出线偏振光，经过第一偏振控制器变成圆偏振光，经过保偏2×2耦合器分成两束，第一束经由第二偏振控制器，压电陶瓷，第一反射镜反射；第二束经过振动传感探头，第二反射镜反射，两束反射光经过保偏2×2耦合器传输到偏振分束器分成两束正交的干涉信号分别被光电探测器1和光电探测器2接收，两路正交的干涉信号被振动解调模块解调得到高精度被测振动信息。

如图3所示，光电探测器1与光电探测器2所接收到的正交信号I₁(t)、I₂(t)分别为：

这里，I₀为激光光源发出光的光强，k_v为干涉条纹可见度，为被测干涉仪相位变化信号，与被测振动引起的振动传感探头光纤伸长量ΔL之间的关系如下：

这里n为光纤纤芯折射率，λ₀为真空中传播的波长。

解调模块通过分析光电探测器1和光电探测器2所接受的信号结合，并以光电探测器1的电信号进行干涉信号的变化记录对应的振动传感探头的光纤伸长量，光纤伸长量每增长半个波长长度λ₀/2(图3中A点由下到上变化)，光电探测器1信号变化π，而光电探测器2的电信号由小变大穿过直流偏置量I₀，而光纤伸长量缩短半个波长长度λ₀/2(图3中A点，由上到下变化)，光电探测器1信号变化π，而光电探测器2的电信号由大变小穿过直流偏置量I₀，因此光电探测器2为振动方向判断信号，而光电探测器1为干涉信号累计信号，二者配合使用，从而得到高精度振动变化信息。

本发明的优点：

(1)光路直接得到两路正交光信号，降低解调模块设计难度；

(2)全光纤光路调整容易，结构简单，实时性好，便于测量测量速度快，提高测量效率；

(3)探头制作简单，灵敏度高；

(4)光路中的压电陶瓷是高精度控制器件，用于补偿初始相位差，进而提高整个装置的精度。

附图说明

图1为本发明的一种零差正交光纤干涉测振装置结构示意图。

图2是本发明的振动传感探头。振动传感探头包括三部分：圆柱形弹性元件(81)，输入保偏光纤(82)，输出保偏光纤(83)。

图3是光电探测器1和光电探测器2的探测信号。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

如图1所示，本发明之一种零差正交光纤干涉测振装置包括激光光源(1)，第一偏振控制器(2)，保偏2×2耦合器(3)，第二偏振控制器(4)，压电陶瓷(5)，振动传感探头(8)，第一反射镜(6)，第二反射镜(7)，偏振分束器(9)，光电探测器1(11)，光电探测器2(10)，振动解调模块(12)。由激光光源发出线偏振光，经过第一偏振控制器变成圆偏振光，经过保偏2×2耦合器分成两束，第一束经由第二偏振控制器，压电陶瓷，第一反射镜反射；第二束经过振动传感探头，第二反射镜反射，两束反射光经过保偏2×2耦合器传输到偏振分束器分成两束正交的干涉信号分别被光电探测器1和光电探测器2接收，两路正交的干涉信号被振动解调模块解调得到高精度被测振动信息。

如图2所示，测量振动时，将振动传感探头放置于被测振动施加方向的正下方直接感受被测振动，本发明提供了一种针对正交干涉测振装置的探头结构，该探头结构如下：

将以弹性较高的材料加工成圆柱形弹性元件(81)，具体的直径尺寸由所测环境要求和光纤最小曲率半径而决定。对光纤施加振动时，振动引起光纤长度发生变化，光从输入保偏光纤(82)输入经过圆柱表面均匀缠绕保偏光纤候由输出保偏光纤(83)携带振动信息输出。

图3所示为光电探测器1和光电探测器2所测得信号变化，解调模块通过分析光电探测器1和光电探测器2所接受的信号结合，并以光电探测器1的电信号进行干涉信号的变化记录对应的振动传感探头的光纤伸长量，光纤伸长量每增长半个波长长度λ₀/2((图3中A点，由下到上变化))，光电探测器1信号变化π，而光电探测器2的电信号由小变大穿过直流偏置量I₀，而光纤伸长量缩短半个波长长度λ₀/2(图3中A点，由上到下变化))，光电探测器1信号变化π，而光电探测器2的电信号由大变小穿过直流偏置量I₀，因此光电探测器2为振动方向判断信号，而光电探测器1为干涉信号累计信号，二者配合使用，从而得到高精度振动变化信息。

Claims

1.一种零差正交光纤干涉测振装置包括：激光光源，第一偏振控制器，保偏2×2耦合器，第二偏振控制器，压电陶瓷，振动传感探头，第一反射镜，第二反射镜，偏振分束器，光电探测器1，光电探测器2，振动解调模块。由激光光源发出线偏振光，经过第一偏振控制器变成圆偏振光，经过保偏2×2耦合器分成两束，第一束经由第二偏振控制器，压电陶瓷，第一反射镜反射；第二束经过振动传感探头，第二反射镜反射，两束反射光经过保偏2×2耦合器传输到偏振分束器分成两束正交的干涉信号分别被光电探测器1和光电探测器2接收，两路正交的干涉信号被振动解调模块解调得到高精度被测振动信息。

2.根据权利要求1所述一种零差正交光纤干涉测振装置，其特征在于：激光光源为输出保偏激光的激光光源。

3.根据权利要求2所述的一种零差正交光纤干涉测振装置，其特在于：第一偏振控制器将光的偏振态变为圆偏振光。

4.根据权利要求2所述的一种零差正交光纤干涉测振装置，其特在于：保偏2×2耦合器的分光比为50:50。

5.根据权利要求2所述的一种零差正交光纤干涉测振装置，其特在于：压电陶瓷是高精度控制器件，用于补偿初始相位差，进而提高整个装置的精度。

6.根据权利要求2所述的一种零差正交光纤干涉测振装置，其特在于：偏振分束器将干涉信号分成两束正交的干涉信号。

7.根据权利要求2所述的一种零差正交光纤干涉测振装置，其特在在于：振动解调模块根据光电探测器1的电信号进行干涉信号的变化记录对应的振动传感探头的光纤伸长量，光纤伸长量每变化半个波长长度(微米量级)，光电探测器1信号变化π，而结合光电探测器2的电信号进行振动方向的判断，从而得到高精度振动变化信息。