[发明专利]一种利用光纤光栅进行精密位移的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于精密位移测量技术领域，涉及到一种精密位移方法及其装置，具体是指一种利用光纤光栅进行精密位移的方法及利用该方法制作的精密位移装置。

背景技术

光栅尺是一种用来精密测量物体移动位移的工具，其主要在机床领域内广泛使用。目前的光栅尺是利用莫尔条纹原理制成，由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形（称为莫尔条纹），经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90°的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示位移。目前高分辨率的光栅尺测量位移精度只能达到微米量级，并且造价昂贵；同时此种光栅尺的安装条件和使用环境要求比较苛刻，不适宜大范围推广使用。

光纤光栅（FiberBraggGrating，简称FBG））是利用光纤的光敏性制成，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位。光纤光栅（FBG）作为一种光无源器件，已经在光通信、传感测量、位移监测等方面有大范围的应用。随着技术的发展，目前的光纤光栅的长度已由原有的毫米级增加到现在的米级、十米级甚至更长的长度，由于光纤光栅的信道精度已经达到纳米级别，因此将光纤光栅应用与物体移动位移的精密测量，实现位移纳米级精度控制，可有效解决现有光栅尺不能实现高等级精度位移的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用光纤光栅进行精密位移的方法及其装置，其利用光纤光栅纳米级精度特性进行位移控制，以解决现有光栅尺造价昂贵，安装使用环境要求苛刻，并且不能实现纳米级及以上精度位移的问题；同时还可实现其他精密位移的需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用光纤光栅进行精密位移的方法，其特征在于：是将光纤光栅上任意两点信道之间的位移量转化为该两点信道之间的信道间隔变化量进行输出。

上述的信道间隔变化量为该两点信道之间的信道间隔的累积叠加。

上述的一种利用光纤光栅进行精密位移的方法，包括下述步骤：

（1）制备一定长度的光纤光栅；

（2）在解调仪中输入光电探测器在所述光纤光栅表面移动的位移量；

（3）解调仪将位移量转换为光纤光栅的信道数量并将其传输至光电探测器；

（4）光电探测器沿光纤光栅表面检测经过光纤光栅信道的数量并移动到所对应信道数量的信道处。

上述一种利用光纤光栅进行精密位移的方法，其特征在于：所述的位移量为从首个信道开始，光电探测器沿光纤光栅表面移动所检测经过的光纤光栅信道的数量与光纤光栅信道间隔的乘积。

上述的信道间隔相等。

一种利用光纤光栅进行精密位移的方法制作的精密位移装置，包括光纤光栅和解调仪，所述的光纤光栅上设置有沿光纤光栅表面移动的光电探测器，所述的光电探测器与所述的解调仪通信连接。

上述的光栅探测器还连接有数显装置。

上述的光纤光栅为固定在一装置内的直线状、环形、或其他形状。该装置可以是直线状、环形、或其他形状的板材，将光纤光栅固定在装置上形成所述的形状。

上述的光纤光栅为体布拉格光栅（VolumeBraggGratings，简称VBG；又称体全息光栅，VolumeHolographicGrating，简称VHG，本发明的下述叙述采用体布拉格光栅VBG）。所述的体布拉格光栅（VBG）是在玻璃中刻入光栅（紫外光调制玻璃的折射率）制作而成，其可与光纤光栅（FBG）具有相同的参数特征。

上述的玻璃是光敏玻璃、石英玻璃或其他玻璃。

上述的解调仪可以是调制解调器。

本发明相对于现有技术，具有如下优点和效果：

1、本发明采用光纤光栅（FBG）光学纳米级特性原理替代传统莫尔条纹原理的平面物理性光栅尺实现高精度测量。传统的莫尔条纹光栅尺最高精度只有微米级别；而现有的光纤光栅信道周期精度可以达到纳米、甚至皮米级别，相对于传统的光栅尺来说，本发明的方法及其装置精度级别更高，可以将精密测量加工等级提高到纳米，甚至皮米级别。