[发明专利]反射式差动强度调制光纤角位移传感方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感及光电检测技术，特别涉及一种反射式差动强度调制光纤角位移传感方法与装置。

背景技术

相对于干涉式光纤位移传感器，反射式强度调制光纤位移传感器虽然灵敏度低，但因为结构简单、性能可靠、设计灵活、带宽高、价格低廉等独特优点，在要求成本和采样频率的非接触精密位移测量领域备受关注，除了应用于轴向位移测量外，还被广泛应用于角位移测量。

美国学者D.Sagrario等[D.Sagrario，P.Mead.Axial and angular displacement fiber-optic sensor.Applied Optics，1998，37(28)：6748-6754]提出了一种基于单模光纤照射的光纤角位移传感方法，该方法采用十字阵列光纤结构实现轴向位移和角位移的同时测量，但该方法易受光源等光强波动以及探测器和后续电路产生的电子噪声的影响，且灵敏度较低。

印度学者A.K.Ganguly等[A.K.Ganguly，A.Saha.Fiber optic microdisplacement and vibration sensor.SPIE.1998，3451：116-124]将两路或两路以上接收光纤配置在发射光纤一侧，利用相邻光纤接收光强之差获取角位移变化，可有效消除光源波动及杂散光影响，但其测量的线性度和稳定性有待提高。

梁艺军等[梁艺军，徐彦德，林晓艳，苑立波.差动式光纤微小角度传感器.光子学报.1998，27(7)：656-659]采用双面反射调制技术，将双光纤对位移传感器置于反射面两侧，并采用差动处理技术实现高精度角位移测量，但其结构复杂，测量范围有待于提高。

专利CN101799828A“一种基于光纤阵列的发射式角位移传感器及测量方法”采用由十字形排列的光纤阵列构成的轮辐式探头结构，根据识别接收光斑的能量中心位置检测对应的角位移，有效地消除了表面反射系数变化、光源波动等因素对测量结果的影响，但其系统复杂，检测工作量大，成本高，且易受探测器和后续电路产生的电子噪声的影响。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足之处，研究提供一种反射式差动强度调制光纤角位移传感方法，通过采用双光路接收，结合差动处理技术，达到提高系统灵敏度、抑制光源等光强波动以及探测器和后续电路产生的电子噪声影响的目的，且还提供了一种满足和适用于上述方法的反射式差动强度调制光纤角位移传感装置，使该方法得以实施。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种反射式差动强度调制光纤角位移传感方法，该方法包括以下步骤：

(1)将两路接收光纤分别配置在发射光纤两侧形成两路接收光路；

(2)由待测反射面角位移α变化使两路接收光路产生具有不同位相的响应信号P₁(α)和P₂(α)；

(3)将响应信号P₁(α)和P₂(α)差动相减，获得因待测反射面角位移α变化产生的响应误差信号P(α)；

(4)测量输出响应误差信号P(α)，即可测出待测反射面角位移α。

一种反射式差动强度调制光纤角位移传感装置，包括光源，依次放置在光源光发射方向的光纤耦合器、发射光纤、待测反射面，该装置还设有两路接收光纤、两路光电探测器和差动相减处理系统，其中两路接收光纤对称配置在发射光纤两侧，且所述两路接收光纤轴线与发射光纤轴线在同一平面内；两路光电探测器输入端分别与两路接收光纤一端相连，两路光电探测器输出端与差动相减处理系统输入端相连；差动相减处理系统输出端与显示系统相连。

本发明具有以下显著特点和有益效果：

1.两路光纤对称配置在发射光纤两侧接收角位移调制光强，同时采用差动方式处理接收光强信号，在简化系统结构基础上，达到提高系统灵敏度、抑制光源等光强波动以及探测器和后续电路产生的电子噪声影响的目的；

2.利用响应误差信号的双极性特点可准确判断角位移方向，并通过响应误差信号的线性关系实现角位移的直接测量；利用响应误差信号的过零点作为绝对零点触发，可实现测微和绝对跟踪能力，进而实现待测反射面的自动调整。

附图说明

图1为反射式差动强度调制光纤角位移传感装置配置结构示意图；

图2为两路接收光纤与发射光纤配置结构示意图；

图3为产生的响应信号曲线图。