[发明专利]一种调频连续波激光干涉光纤位移传感器及其位移检测方法

说明书

本发明涉及一种调频连续波激光干涉光纤位移传感器及其位移检测方法,该光纤位移传感器包括单模调频连续波激光器和至少一路光纤位移传感系统；光纤位移传感系统包括光学环行器、光纤准直器、部分反射镜、合作反射镜和光电探测器；单模调频连续波激光器通过单模光纤或者光纤耦合器与光学环行器的入射端口相连，光学环行器的相邻出射端口通过单模光纤与光纤准直器相连，光学环行器的第三端口与光电探测器相连，光纤准直器后设置部分反射镜，部分反射镜后设置合作反射镜，合作反射镜与附着于待测目标物体表面并与其一起移动。该光纤位移传感器可以在数厘米以上的大量程范围内，获得<10nm的测量精度，实现大动态范围的精密光纤位移传感测量。

技术领域

本发明涉及位移传感技术领域，具体涉及一种调频连续波激光干涉光纤位移传感器。

背景技术

位移传感在科研、工业以及军事领域都是极为重要的计量测试技术。光学位移传感技术由于精度高、非接触、不受电磁干扰的特点，尤其受到重视。其中，光纤位移传感技术更是具有体积小、重量轻、结构紧凑、形式灵活的优点。目前，已经有多种光纤位移传感技术见诸报道，主要包括两类，一种是强度调制型光纤位移传感器，一种是激光干涉型光纤位移传感器。强度调制型光纤位移传感器在探测方法和信号处理上更为简单，但是存在精度低、稳定性差、响应非线性、测量范围小的缺点。采用传统光学零拍干涉技术的激光干涉式光纤位移传感器可以实现非常高的测量精度，不过其测量精度依赖于激光波长的稳定性，并且由于干涉信号为静态信号存在条纹计数困难的问题，很难获得大动态范围的高精度位移传感。

发明内容

本申请提供一种调频连续波激光干涉光纤位移传感器及其位移检测方法，解决现有技术中存在的问题。

本发明的技术方案如下：

一种调频连续波激光干涉光纤位移传感器,包括单模调频连续波激光器和与所述单模调频连续波激光器连接的至少一路光纤位移传感系统；所述的光纤位移传感系统包括光学环行器、光纤准直器、部分反射镜、合作反射镜和光电探测器；所述单模调频连续波激光器通过单模光纤或者光纤耦合器与光学环行器的入射端口相连，光学环行器的相邻出射端口通过单模光纤与光纤准直器相连，光学环行器的第三端口与光电探测器相连，光纤准直器后设置部分反射镜，部分反射镜后设置合作反射镜，合作反射镜附着于待测目标物体表面并与其一起移动。

进一步的，所述单模调频连续波激光器通过单模光纤或者光纤耦合器与光学环行器的入射端口熔接或者通过法兰连接。

进一步的，所述部分反射镜通过胶黏或者机械固定的方式附于光纤准直器的出射端面。

进一步的，在所述光纤准直器的出射镜面镀有部分反射部分透射光学薄膜材料，构成所述的部分反射镜。

进一步的，所述的光纤准直器选用格林透镜(G-lens)光纤准直器、球面透镜(C-lens)光纤准直器或非球面光纤准直器。

进一步的，所述合作反射镜选用部分反射镜或全反射镜。

进一步的，所述合作反射镜为全反射镜时，选用介质反射镜或金属反射镜。

根据上面所说的光纤位移传感器，其位移检测方法如下：单模调频连续波激光器发射的调频连续波由单模光纤或者光纤耦合器耦合至光学环行器的入射端口，由光学环行器的相邻出射端口输出，然后通过光纤准直器耦合输出，一部分出射光被部分反射镜反射，另一部分出射光由部分反射镜透射并照射在随待测目标物体移动的合作反射镜的镜面上，合作反射镜将光线反射使其返回部分反射镜并与部分反射镜的反射光叠加干涉，形成拍频信号，拍频信号由光纤准直器耦合回单模光纤，并入射至光学环行器，由光学环行器的第三端口出射，并通过单模光纤耦合至光电探测器转换为电信号，通过对该电信号的处理分析，可以得到目标物体的位移信息。

本发明的有益效果如下：