CN110793444B - 一种双级全光纤频域干涉测距方法及装置 - Google Patents

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CN110793444B CN201911014491.4A CN201911014491A CN110793444B CN 110793444 B CN110793444 B CN 110793444B CN 201911014491 A CN201911014491 A CN 201911014491A CN 110793444 B CN110793444 B CN 110793444B
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Abstract

本申请实施例提供一种双级全光纤频域干涉测距方法及装置，涉及绝对距离精密测量技术领域。该方法包括：宽带光源经过两级级联的频域干涉光路产生两路探测光和两路参考光，其中，所述两级级联的频域干涉光路指的是第一级频域干涉光路和第二级频域干涉光路，光谱仪整合并记录上述两路探测光和两路参考光的叠加产生的六个频域干涉信号I(f)，根据I(f)得到对应的功率谱函数G(t)，并选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，得到待测距离值d。本申请方便易操作，能够高分辨力地测量被测物体表面与光纤探头光出射端面的绝对距离，其工作距离可达200mm，精度优于5μm，量程可达100mm。

Description

一种双级全光纤频域干涉测距方法及装置
技术领域
本申请涉及绝对距离精密测量技术领域，具体而言，涉及一种双级全光纤频域干涉测距方法及装置。
背景技术
作为物理学的第一个基本物理量，距离(或长度)测量所涉及的范围相当广泛，其中，微距精密距离测量涉及精密计量、微机电***和精密加工等领域。目前，常采用电容式、光纤布拉格光栅式等传感器来进行精密微距测距。电容式传感器为非接触式传感器，虽然工作时不受灰尘等非金属因素的影响，具有低功耗，长寿命的特点，但是测量对象必须是金属导体，且测量精度较差，一般仅能达到微米量级。光纤布拉格光栅式传感器常用于间隙测量，为接触式传感器，测量精度一般在微米级，但除被测间隙变化挤压传感器导致光栅间隔变化外，温度也会对光栅周期产生影响，测量的不确定性因素较多，且使用前需对传感器进行标定，这个缺点限制了它的广泛应用。
近年来，用于绝对距离测量的全光纤频域干涉绝对距离测量技术问世，该技术采用抗干扰能力强、可靠性高的全光纤光路作为基础光路架构，具有非接触、精度高、量程大的特点。传统的频域干涉测距技术的工作距离与其量程相等，由于受到光谱仪波长分辨力的限制，量程(工作距离)一般仅有数十毫米。为适应一些典型机加工及检测要求，如激光焊接中熔深测量、尺寸为数百毫米级的工件几何参数测量等，需增加工作距离，以预留足够的操作空间，避免工件被测头划伤、损坏。综上，传统的干涉测距技术存在量程短、工作距离过小(数百毫米量级)的问题。
发明内容
本申请提供一种双级全光纤频域干涉测距方法及装置，该装置方便易操作，能够高分辨力地测量被测物体表面与光纤探头光出射端面的绝对距离，其工作距离可达200mm，精度优于5μm，量程可达100mm，在传统的共轴式频域干涉测距技术的基础上，大幅度的提高了工作距离。
本申请的实施例通过如下方式实现：
一种双级全光纤频域干涉测距方法包括：宽带光源经过两级级联的频域干涉光路产生两路探测光和两路参考光；光谱仪整合并记录上述两路探测光和两路参考光的叠加产生的六个频域干涉信号I(f)，根据I(f)得到对应的功率谱函数G(t)，并选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，得到待测距离值d；其中，所述两级级联的频域干涉光路指的是第一级频域干涉光路和第二级频域干涉光路。本发明提出的双级全光纤频域干涉光路，通过引入一个参考距离，将测量距离为数百毫米时产生的高频频域干涉信号进行下变频，减少频域干涉条纹数量，使变频信号能被波长分辨力有限的光谱仪记录，进而得到高精度的微距测量结果。本发明有效提高了传统频域干涉***的工作距离，使其成为一种新的微米级高精度微距测量方法。
优选地，根据参考距离dr与待测距离d的限定关系，选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点；具体的，获得G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，并根据所述限定关系为
Figure GDA0003005906030000021
选定G(t)功率谱函数中符合条件的特征时间点，判读该特征时间点的在时间坐标上的位置得到待测距离d。
优选地，第一级频域干涉光路包括第一光纤环形器和光纤反射腔；宽带光源产生光波通过第一光纤环形器进入光纤反射腔；通过光纤反射腔返回参考光和对应的探测光；所述探测光是测量光经过光纤探针后照射发射体表面返回的光信号。当使用波长分辨力△λ不小于0.01nm的光纤光谱仪时，光纤反射腔的腔长最大为240mm，量程可达120mm，工作距离可以达到120mm～240mm，是传统全光纤频域干涉测距技术的2倍(以相同光谱仪作为记录设备时，传统技术的最大工作距离仅为120mm)。光纤反射腔体积小巧，便于集成，且探测光与参考光光程差短，干涉稳定性强，如采用全封闭式结构，降低因空气温度、气压的扰动，测量精度可优于5μm。
优选地，光纤反射腔包括第一光纤探头、反射腔体和反射体；第一光纤探头和反射体分别安装在反射腔体两端面上；宽带光源产生的光波通过第一光纤探头反射，形成参考光，同时经过第一光纤探头透射的光波经过所述反射体反射，形成探测光；所述参考光和探测光经过第一环形器出射。
优选地，第二级频域干涉光路包括第二光纤环形器、第二光纤探头和被测物体；参考光从第一光纤环形器出射后，经过第二光纤环形器进入第二光纤探头，并返回第一参考光和对应的第一探测光；同时探测光经过第二光纤环形器进入第二光纤探头，并返回第一参考光和对应的第一探测光；所述第一探测光和第二探测光是第二光纤探头光出射至待测物体表面返回的探测光；其中，第二光纤探头光出射端面至被测物体表面的距离为待测距离d。
优选地，宽带光源、第一光纤环形器、第二光纤环形器、第一光纤探头、第二光纤探头及光纤光谱仪的光纤尾纤之间通过法兰盘或者熔接法连接。
第一、第二光纤探头是平头石英光纤或者光纤自聚焦透镜棒，光纤探头结构小巧，可以在复杂电磁、高温、高压等极端环境下使用，具有很强的适用性。光纤探头将光波照射在反射体表面，同时接收从反射体表面反射的光波，采用这种共轴结构是为了消除外部环境波动对测量结果的影响。平头石英光纤光出射端面镀增透膜，以减少其端面的菲涅耳反射光强，石英光纤端面的镀膜介质和反射率需根据反射体表面反射率而确定。光纤自聚焦透镜棒光出射端面镀增反膜，以提高其端面的菲涅耳反射光强，自聚焦透镜棒端面的镀膜介质和反射率根据反射体表面反射率而确定。所述反射体为反射镜或反射膜，反射体的腔体材料为低热膨胀系数材料或采用内部具有2个折射率畸变点的反射腔。
优选地，当宽带光谱的功率谱G0(t)的t＝0特征峰6dB半宽为t6dB时，光纤反射腔内的参考距离dr和被测距离d应满足以下关系：
Figure GDA0003005906030000041
优选地，宽带光源的带宽λs应满足如下关系：
Figure GDA0003005906030000042
一种双级全光纤频域干涉测距装置包括：
两级级联的频域干涉光路，用于宽带光源经过两级级联的频域干涉光路产生两路探测光和两路参考光；光谱仪，用于整合并记录上述两路探测光和两路参考光的频域干涉信号I(f)；处理器，用于根据I(f)得到对应的功率谱函数G(t)，并选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，得到待测距离值d。本发明的***为非接触式的绝对距离测量装置，能无损、在线式测量被测物体表面与探头端面的距离。
优选地，两级级联的频域干涉光路指的是第一级和第二级频域干涉光路：所述第一级频域干涉光路包括第一光纤环形器和光纤反射腔；宽带光源产生光波通过第一光纤环形器进入光纤反射腔；通过光纤反射腔返回参考光和对应的探测光；所述探测光是测量光经过光纤探针后照射发射体表面返回的光信号。本发明装置采用了全光纤元器件，结构紧凑，抗振动，可靠性高，有利于推广应用，有望为科学研究、工程技术领域提供精确的绝对微距测量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供一种双级全光纤频域干涉测距方法的流程示意图。
图2为本申请实施例提供一种双级全光纤频域干涉测距装置的结构示意图。
图标：1-第一级频域干涉光路；11-第一光纤环形器；12-光纤反射腔；121-第一光纤探头；122-反射腔体；123-反射体；2-第二级频域干涉光路；21-第二光纤环形器；22-第二光纤探头；23-被测物体；3-光谱仪；4-处理器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
一、本发明相关说明：
1、宽带光源产生的光波通过第一光纤探头121反射，形成参考光，同时经过第一光纤探头121透射的光波经过所述反射体123反射，形成探测光；
2、宽带光源的谱线宽度大于2nm，第一光纤环行器11、第二光纤环形器21和光谱仪3的带宽范围与宽带光源的带宽一致。
3、第一光纤环行器11、第二光纤环形器21都是三端口环形器，从(①端口输入的光由②端口输出，从(②端口输入的光由(③端口输出，①端口与③端口之间高度隔离，隔离度大于60dB；
4、光纤反射腔12的腔体材料为退火石英或殷刚等低热膨胀系数材料。
5、本发明为非接触式的绝对距离测量装置，能在线式测量被测物体表面与探头端面的距离。
二、本发明工作原理：请参照图1和图2，在本发明实施例中，该装置包括两级级联的频域干涉光路，光谱仪3和处理器4；
两级级联的频域干涉光路，用于宽带光源经过两级级联的频域干涉光路产生两路探测光和两路参考光；
光谱仪3，用于整合并记录上述两路探测光和两路参考光的频域干涉信号I(f)；
处理器4，用于根据I(f)得到对应的功率谱函数G(t)，并选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，得到待测距离值d。
其中两级级联的频域干涉光路指的是第一级频域干涉光路1和第二级频域干涉光路2。第一级频域干涉光路1包括第一光纤环形器11和光纤反射腔12。光纤反射腔12包括第一光纤探头121、反射腔体122和反射体123。第二级频域干涉光路2包括第二光纤环形器21、第二光纤探头22和被测物体23。
三、本发明测量过程，参照图1，包括：
步骤S1，宽带光源经过两级级联的频域干涉光路产生两路探测光和两路参考光；
步骤S2，光谱仪整合并记录记录上述两路探测光和两路参考光的叠加产生的六个频域干涉信号I(f)；
步骤S3，根据I(f)得到对应的功率谱函数G(t)，并选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，得到待测距离值d；
实施例一：参照图2，该装置包括宽带光源与第一光纤环形器11的①端口连接，第一光纤环行器11的②端口与第一光纤探头121连接，第一光纤环行器11的③端口与第二光纤环行器21的①端口连接，第二光纤环行器21的②端口与第二光纤探头22连接，第二光纤环行器21的③端口与光谱仪3连接，光谱仪3与计算机4连接。
宽带光源产生光波，通过第一光纤环形器11的①端口入射至第一光纤环形器11中，后从第一光纤环形器11的②端口出射并进入光纤反射腔12中。光纤反射腔12由第一光纤探头121、反射腔体122和反射体123组成，第一光纤探头121和反射体123安装至反射腔体122两端，第一光纤探头121光出射端面至反射体123表面的距离称为参考距离dr。第一光纤探头121的出射端通过菲涅尔反射可将部分光波进行反射，形成参考光，反射体123能将从第一光纤探头121出射的光波进行反射，形成探测光。参考光和探测光从第一光纤环形器11的③端口出射，后进入第二光纤环形器21的①端口，从第二光纤环形器21的②端口出射并进入第二光纤探头22。第二光纤探头22光出射端面至被测物体表面的距离为待测距离d。所述第二光纤探头22通过菲涅尔反射可将部分参考光和探测光进行反射，形成第一参考光和第一探测光，被测物体23能将从第二光纤探头22出射的参考光和探测光进行反射，形成第二参考光和第二探测光。在第二光纤探头22中相遇的第一参考光、第二参考光和第一探测光、第二探测光四束光波叠加后形成六束频域干涉光波，六束频域干涉光波一起通过第二光纤探头22尾纤返回到第二光纤环形器21的②端口，再经第二光纤环形器21的③端口输送至光谱仪3整合记录。处理器4接收光谱仪3记录的频域干涉光强I(f)经傅立叶变换后可得到频域干涉光的功率谱函数G(t)，选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，得到第二光纤探头22光出射端面至被测物体表面的待测距离值d。
实施例二：在实施例一基础上，根据I(f)得到对应的功率谱函数G(t)，并选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，得到第二光纤探头22光出射端面至被测物体表面的待测距离值d的具体过程为：
步骤S31，根据I(f)得到对应的功率谱函数G(t)。
具体地，记I1(f)、I2(f)、I3(f)、I4(f)、I5(f)和I6(f)分别为六个频域干涉信号的光强度分布函数。记第二光纤探头22光出射端面至被测物体23表面的距离为待测距离d，光波传输时间为
Figure GDA0003005906030000071
所述第二光纤探头22通过菲涅尔反射，可将部分参考光和探测光进行反射，形成第一参考光和第一探测光；所述被测物体23表面能反射从第二光纤探头22出射的第一参考光和第一探测光，形成第二参考光和第二探测光，设光源的电场强度为E0(f)，其光强为I0(f)。四束光波，即第一参考光、第一探测光、第二参考光和第二探测光，其电场强度分别为E1(f)、E2(f)、E3(f)、E4(f):
E1(f)＝a1a3E0(f) (1)
E2(f)＝a2a3(1-a1)E0(f) (2)
E3(f)＝a1a4(1-a3)E0(f) (3)
E4(f)＝a2a4(1-a3)(1-a1)E0(f) (4)
系数A1、A2、A3、A4定义为：
A1＝a1a3 (5)
A2＝a2a3(1-a1) (6)
A3＝a1a4(1-a3) (7)
A4＝a2a4(1-a1)(1-a3) (8)
a1为第一光纤探头121的反射率，a2为反射体123的反射率，a3为第二光纤探头22的反射率，a4为被测物体23的反射率，则四束光波两辆叠加后会产生六个频域干涉信号，其光强度分布函数为：
Figure GDA0003005906030000081
Figure GDA0003005906030000082
Figure GDA0003005906030000083
Figure GDA0003005906030000084
Figure GDA0003005906030000091
Figure GDA0003005906030000092
六束光波一起通过第二光纤探头22尾纤返回到第二光纤环形器21的②端口，再经第二光纤环形器21的③端口输送至光谱仪3。
其中，I0(f)为宽带光源输出的光强度随光波频率f的分布函数，其电场强度随光波频率f的分布函数为E0(f)，两者关系为：
I0(f)＝|E0(f)|2 (15)
参考光的电场强度随光波频率f的分布函数Er1(f)为：
Er1(f)＝a1E0(f) (16)
其中a1为第一光纤探头121的反射率；当第一光纤探头121光出射端面到反射体123表面的距离为dr时，光波在反射腔内的传输时间为
Figure GDA0003005906030000093
其中c为真空中光速，此时，探测光电场强度相对于参考光产生的
Figure GDA0003005906030000094
相位延迟，可表示为：
Figure GDA0003005906030000095
其中a2为反射体123的反射率，
Figure GDA0003005906030000096
为两束光之间的常相位差，两者叠加可形成频域干涉条纹。
光谱仪3记录的频域干涉光强I(f)经傅立叶变换后，可得到频域干涉光的功率谱函数G(t)：
Figure GDA0003005906030000097
式中，G0(t)是I0(f)经傅立叶变换后的功率谱函数；
步骤S32，获得G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，并根据参考距离dr与待测距离d的限定关系
Figure GDA0003005906030000101
选定G(t)功率谱函数中符合条件的特征时间点。
当G0(t)功率谱函数的特征时间峰位置，即G0(t)的极大值点位于t＝0时，频域干涉光的功率谱函数G(t)在功率谱中表现为特征时间点在坐标t＝0、
Figure GDA0003005906030000102
的5个极大值点，依次称为第1～5特征时间点。
当光谱仪的波长分辨力Δλ、宽谱光源的中心波长λ0、参考距离dr和待测距离d满足如下关系时：
Figure GDA0003005906030000103
光谱仪仅能记录(13)式所示的频域干涉信号，其余信号均作为高频信号被滤波。G(t)功率谱函数中仅能出现了
Figure GDA0003005906030000104
的第5特征时间点。
步骤S33，通过判读第5特征时间点的在时间坐标上的位置可以得到待测距离d。
实施例三：第一光纤环形器11和第二光纤环形器21还可以采用四端口光纤耦合器，其耦合器的①端口与②端口直连，与③端口耦合，其耦合器的④端口与③端口直连，与(②端口耦合。即可以形成的组合方式有：(1)从(①端口输入的光由(②端口输出，从(②端口输入的光由(④端口输出；(2)从(②端口输入的光由①端口输出，从①端口输入的光由③端口输出；(3)从③端口输入的光由④端口输出，从④端口输入的光由②端口输出；(4)从④端口输入的光由③端口输出，从③端口输入的光由①端口输出；反方向是高度隔离的。应当理解的是，其具体连接方式的选择可以按照三端口环形器的连接方式类推，第一光纤环形器11和第二光纤环形器21端口连接的实现方式共有16种。
实施例四：在实施例一至三基础上，第一光纤探头121和反射体123分别安装在反射腔体122两端面上。其安装方式可以采用粘接、卡接或者螺纹连接的形式。
实施例五：在实施例一至四基础上，宽带光源、第一光纤环形器11、第二光纤环形器21、第一光纤探头121、第二光纤探头22及光谱仪3的光纤尾纤之间通过法兰盘或者熔接法连接。
第一光纤探头121和第二光纤探头22是平头石英光纤或者光纤自聚焦透镜棒，平头石英光纤光出射端面镀增透膜，光纤自聚焦透镜棒光出射端面镀增反膜，反射体123为反射镜或反射膜，反射体的腔材料采用低热膨胀系数材料，如退火石英和殷刚等，或采用内部具有2个折射率畸变点的石英光纤替代，具有2个折射率畸变点的石英光纤可以通过激光加工等方式制备。
实施例六：在实施例一至五基础上，宽带光谱的功率谱G0(t)的t＝0特征峰6dB半宽为t6dB时，光纤反射腔内的参考距离dr和被测距离d应满足以下关系：
Figure GDA0003005906030000111
实施例七：在实施例一至六基础上，宽带光源的带宽λs应满足如下关系：
Figure GDA0003005906030000112
实施例八，在实施例一至七基础上，第一光纤探头121和第二光纤探头22的调校方式是：调试光纤反射腔12内的第一光纤探头121，使其对准腔内反射体123，直到光谱仪3中出现对比度大于0.01的干涉条纹，就表明从第一光纤探头121端面菲涅耳反射的参考光与反射体123表面反射的探测光具有一定的光程差，形成了频域干涉条纹，然后利用液体胶将其粘接固化；调试第二光纤探头22，使其对被测物体23，直到光谱仪3中出现对比度大于0.01的6条干涉条纹，同理，就表明从第二光纤探头22端面菲涅耳反射的第一参考光，第二参考光与被测物体23表面反射的第一探测光，第二探测光两两之间具有一定的光程差，形成了6条频域干涉条纹。
实施例九，在实施例一至八基础上，从第一光纤探头121端面菲涅耳反射的参考光与反射体123表面反射的探测光以共轴方式在第一光纤探头121的尾纤中传输。从第二光纤探头22端面菲涅耳反射的第一参考光，第二参考光与被测物体23表面反射的第一探测光，第二探测光以共轴方式在第二光纤探头22的尾纤中传输。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种双级全光纤频域干涉测距方法，其特征在于：
宽带光源经过两级级联的频域干涉光路产生两路探测光和两路参考光；
光谱仪整合并记录上述两路探测光和两路参考光的叠加产生的六个频域干涉信号I(f)；
根据I(f)得到对应的功率谱函数G(t)，并选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，得到待测距离值d；根据参考距离dr与待测距离d的限定关系，选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点t具体过程是：
所述选取G(t)的极大值点中满足条件指的是当G0(t)功率谱函数的特征时间峰位置，即G0(t)的极大值点位于t＝0时，频域干涉光的功率谱函数G(t)在功率谱中表现为特征时间点在坐标t＝0、
Figure FDA0003005906020000011
Figure FDA0003005906020000012
的5个极大值点，依次称为第1～5特征时间点。
当光谱仪的波长分辨力Δλ、宽谱光源的中心波长λ0、参考距离dr和待测距离d满足如下关系时：
Figure FDA0003005906020000013
光谱仪记录所述第5个极大值点对应的频域干涉信号，其余信号均作为高频信号被滤波；
G(t)功率谱函数中出现了
Figure FDA0003005906020000014
的第5特征时间点即为G(t)的极大值点t；
其中，所述两级级联的频域干涉光路指的是第一级频域干涉光路和第二级频域干涉光路；所述第一级频域干涉光路包括第一光纤环形器和光纤反射腔；光纤反射腔包括第一光纤探头、反射腔体和反射体；第二级频域干涉光路包括第二光纤环形器、第二光纤探头和被测物体；第一光纤探头（ 121） 光出射端面至反射体（ 123） 表面的距离称为参考距离dr；第二光纤探头（ 22） 光出射端面至被测物体表面的距离为待测距离d；所述极大值点是选定G(t)功率谱函数中符合条件的特征时间点；λ0为宽带光源的中心波长，△λ为光谱仪的波长分辨力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于宽带光源产生光波通过第一光纤环形器进入光纤反射腔；通过光纤反射腔返回参考光和对应的探测光；所述探测光是测量光经过第一光纤探头后照射发射体表面返回的光信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于第一光纤探头和反射体分别安装在反射腔体两端面上；宽带光源产生的光波通过第一光纤探头反射，形成参考光，同时经过第一光纤探头透射的光波经过所述反射体反射，形成探测光；所述参考光和探测光经过第一光纤环形器出射。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于参考光从第一光纤环形器出射后，经过第二光纤环形器进入第二光纤探头，并返回第一参考光和对应的第一探测光；同时探测光经过第二光纤环形器进入第二光纤探头，并返回第二参考光和对应的第二探测光；所述第一探测光和第二探测光是第二光纤探头光出射至待测物体表面返回的探测光。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述宽带光源、第一光纤环形器、第二光纤环形器、第一光纤探头、第二光纤探头及光谱仪的光纤尾纤之间通过法兰盘或者熔接法连接；
所述第一、第二光纤探头是平头石英光纤或者光纤自聚焦透镜棒；平头石英光纤光出射端面镀增透膜，光纤自聚焦透镜棒光出射端面镀增反膜；所述反射体为反射镜或反射膜；所述反射体的腔体材料为低热膨胀系数材料或采用内部具有2个折射率畸变点的反射腔。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于当宽带光谱的功率谱G0(t) 的t＝0特征峰6dB半宽为t6dB时，光纤反射腔内的参考距离dr和被测距离d应满足以下关系：
Figure FDA0003005906020000031
c为光速。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于宽带光源的带宽λs应满足如下关系：
Figure FDA0003005906020000032
8.一种双级全光纤频域干涉测距装置，其特征在于包括：
两级级联的频域干涉光路，用于宽带光源经过两级级联的频域干涉光路产生两路探测光和两路参考光；
光谱仪，用于整合并记录上述两路探测光和两路参考光的频域干涉信号I(f)；
处理器，用于根据I(f)得到对应的功率谱函数G(t)，并选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点，得到待测距离值d；根据参考距离dr与待测距离d的限定关系，选取G(t)的极大值点中满足条件的极大值点t具体过程是：
所述选取G(t)的极大值点中满足条件指的是当G0(t)功率谱函数的特征时间峰位置，即G0(t)的极大值点位于t＝0时，频域干涉光的功率谱函数G(t)在功率谱中表现为特征时间点在坐标t＝0、
Figure FDA0003005906020000033
Figure FDA0003005906020000034
的5个极大值点，依次称为第1～5特征时间点；
当光谱仪的波长分辨力Δλ、宽谱光源的中心波长λ0、参考距离dr和待测距离d满足如下关系时：
Figure FDA0003005906020000035
光谱仪记录所述第5个极大值点对应的频域干涉信号，其余信号均作为高频信号被滤波；
G(t)功率谱函数中出现了
Figure FDA0003005906020000041
的第5特征时间点即为G(t)的极大值点t；
其中，所述两级级联的频域干涉光路指的是第一级频域干涉光路和第二级频域干涉光路；所述第一级频域干涉光路包括第一光纤环形器和光纤反射腔；光纤反射腔包括第一光纤探头、反射腔体和反射体；第二级频域干涉光路包括第二光纤环形器、第二光纤探头和被测物体；第一光纤探头（ 121） 光出射端面至反射体（ 123） 表面的距离称为参考距离dr；第二光纤探头（ 22） 光出射端面至被测物体表面的距离为待测距离d；所述极大值点是选定G(t)功率谱函数中符合条件的特征时间点；λ0为宽带光源的中心波长，△λ为光谱仪的波长分辨力。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述两级级联的频域干涉光路指的是第一级和第二级频域干涉光路：
所述第一级频域干涉光路包括第一光纤环形器和光纤反射腔；宽带光源产生光波通过第一光纤环形器进入光纤反射腔；通过光纤反射腔返回参考光和对应的探测光；所述探测光是测量光经过光纤探针后照射发射体表面返回的光信号。
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