[发明专利]基于光纤耦合器的小型化单光栅干涉测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种基于光纤耦合器的小型化单光栅干涉测量系统，其特征在于，包括激光器、用于产生衍射的光栅、光纤耦合器和光电探测器，所述激光器输出的光经光纤传输并入射到光栅上形成各级衍射光；一组对称级次的衍射光通过耦合后进入光纤耦合器；该组衍射光在光纤耦合器中发生干涉后经光纤耦合器输出光干涉场信号，在光纤耦合器输出端设有记录输出光信号的光电探测器，并对接收信号进行处理后得到光栅在某一方向的位移量。

2.根据权利要求1所述的基于光纤耦合器的小型化单光栅干涉测量系统，其特征在于，所述光栅、光纤耦合器和光电探测器封闭在一个小型化测量模块内，所述光电探测器的输出信号经导线由测量模块引出，所述激光器输出的光经光纤传输进入小型化测量模块内。

3.根据权利要求2所述的基于光纤耦合器的小型化单光栅干涉测量系统，其特征在于，所述激光器经光纤耦合后进入小型化测量模块内并垂直入射光栅，在入射光两侧形成对称分布的各级次衍射光。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于光纤耦合器的小型化单光栅干涉测量系统，其特征在于，所述光纤耦合器的两个输入端设置在光栅与耦合器之间的衍射光路上，所述光纤耦合器的两个输入端沿入射光路的两侧呈对称放置，将一组对称级次的衍射光耦合进入光纤耦合器。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于光纤耦合器的小型化单光栅干涉测量系统，其特征在于，所述光纤耦合器为2×1、2×2、2×3或3×3耦合器。

6.根据权利要求5所述的基于光纤耦合器的小型化单光栅干涉测量系统，其特征在于，所述光纤耦合器工作波长应与激光器输出光波长一致，耦合比均匀。

7.根据权利要求1或2或3所述的基于光纤耦合器的小型化单光栅干涉测量系统，其特征在于，所述光栅优为反射光栅或透射光栅。

8.根据权利要求7所述的基于光纤耦合器的小型化单光栅干涉测量系统，其特征在于，所述光栅为低热膨胀系数的石英或零膨胀玻璃材料制作的光栅。

9.一种基于上述权利要求1～8中任意一项测量系统的测量方法，其特征在于，步骤为：先令激光器输出的光耦合进入光纤，并由光纤传输垂直入射到光栅上；所述经光栅衍射形成各级次的衍射光，将其中的±n级衍射光分别耦合进入光纤耦合器的两个输入端，两束衍射光经过输入端聚焦透镜耦合进入光纤耦合器并在光纤耦合器中发生干涉；从光纤耦合器的M个输出端输出M路光干涉信号，其中M为2或3；用N个光电探测器对光信号进行接收，将接收到的信号经导线引出封闭测量模块并进行处理，其中N≤M；当光栅发生位移时，会引起N路探测器接收信号发生变化，使得所述测量光路产生相位相差特定度数的N路信号，信号的周期数与位移量存在对应关系，将待测参量的变化转换为所述光栅的运动；对N路接收信号进行采集并分别同时记录光干涉信号的变化，最后用数字相位测量法再进行高倍数的电子细分，即可精确测量光栅的位移量。