[发明专利]一种全光纤位移测量方法及装置

说明书

所属领域

本发明涉及激光干涉测量领域，特指一种全光纤位移测量方法及装置，能在工厂车间等恶劣环境下使用。

背景技术

在构建本构关系、物态方程和进行激光冲击强化、激光冲击成形和层裂等研究时，获取材料在高应变率载荷作用下的各种动态响应特性是关键研究问题。考虑到埋入式传感器会对被测对象的性质及产生的冲击波等产生干扰，一般采用光学的方法进行精密的非接触式实时测量。

申请号为CN200510022172.X的中国专利“一种全光纤位移干涉仪”通过光学探头照明被测样品的表面并返回信号光，信号光和机内的激光产生拍频干涉，从而检测样品位移随时间的变化过程，申请号为CN200810046202.4的中国专利“紧凑型全光纤位移干涉仪”，改进了前者的探头，采用APC陶瓷插针，结构更为紧凑。两个发明均采用全光纤结构，因此降低了测量过程中外界光路的干扰产生的波动。但是当被测物体不发生运动时，全光纤激光器位移干涉系统的输出为直流信号，极易产生直流漂移的损失；同时采用单频激光，输出极易受到光源波动的影响，相干光的光强匹配相对困难，系统稳定性不强。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种全光纤位移测量方法和装置，不但较好实现了干涉测量的匹配条件，而且具有高精度、高信噪比、稳定可靠等特性，从而扩大位移测量方法的使用范围。

本发明提供的全光纤位移测量方法采用全光纤结构，光源输出为双频正交线偏振光，通过保偏光纤耦合器分成两束光，一束光通过光纤偏振器和光电检测器接收后形成基准光，产生拍频信号；另一束光被测物体反射和反射镜反射，两反射光混合后形成拍频信号，这两个拍频信号进行相减后可得被测试的位移信息。其具体步骤为：

1)双频正交线偏振光源通过保偏光纤耦合器A分成两路光；

2)一路光经光纤偏振器A和光电检测器A输入示波器的输入端A；

3)另一路光经保偏光纤耦合器B分成两路光束，一路通过显微聚焦透镜A聚焦于被测物体上，并反射回光纤耦合器B；另一路通过显微聚焦透镜聚B焦于反射镜上，并反射回光纤耦合器B；

4)通过光纤耦合器B的反射光经光纤偏振器B和光电检测器B输入示波器的另一输入端B：

5)将示波器的两路输入信号相减，即得到被测物体的位移数据。

实施本发明方法的装置包括双频正交线偏振光源、保偏光纤耦合器、光纤偏振器、光电检测器、显微聚焦透镜、反射镜、示波器；所述双频正交线偏振光源通过保偏光纤与保偏光纤耦合器A的端口A相连，保偏光纤耦合器A的端口B通过保偏光纤依次与光纤偏振器A和光电检测器A连接，并将光电检测器A的输出端接入示波器的输入端A；保偏光纤耦合器A的端口C通过保偏光纤接入保偏光纤耦合器B的端口D，保偏光纤耦合器B的端口E通过保偏光纤与显微聚焦透镜A聚焦于被测物体上，其中聚焦于被测物体的光纤头和被测物体表面分别处于显微聚焦透镜A的物象共轭面上，保偏光纤耦合器B的端口F通过保偏光纤与显微聚焦透镜聚B焦于反射镜上；保偏光纤耦合器B的端口G通过保偏光纤与光纤偏振器B和光电检测器B连接，并将光电检测器B的输出端接入示波器的输入端B。

作为上述全光纤位移测量装置的一种优选方案是保偏光纤耦合器A为1x2的保偏光纤耦合器，保偏光纤耦合器B为2x2的保偏光纤耦合器。

作为上述全光纤位移测量装置的进一步改进是，在保偏光纤耦合器A和保偏光纤耦合器B之间接入光纤隔离器，能防止反射信号干扰。

作为上述全光纤位移测量装置的另一种改进是，分别在光纤偏振器和光电检测器之间接入光纤滤波器，能有效滤除信号噪声。

本发明的优点是(1)由于采用全光纤结构，不受使用条件中气流等环境影响，测量精度高；(2)由于采用双频激光光源，输出信号为差信号，因此输出不受光强波动影响；(3)由于采用外差干涉方式，输出为交流信号，能够避免直流偏移问题，同时可以采用交流放大器放大信号，提高测试精度和稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1全光纤位移测量装置形式一结构示意图。

图2全光纤位移测量装置形式二结构示意图。

图3全光纤位移测量装置形式三结构示意图。