[发明专利]基于双F-P干涉仪的比值条纹计数法及其位移传感器解调系统

摘要

本发明提供了一种基于双F-P干涉仪的比值条纹计数法及位移传感器解调系统，将两路干涉光强信号直接相除，所得比值滤去直流项后随F-P腔的腔长变化过程中产生正负脉冲，通过脉冲的正负判断F-P腔长增大或减小，光程差改变一个波长时，计数器计数2次。对应的位移传感器解调系统包括激光器、光纤隔离器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第三光纤耦合器、传感单元、光电探测器、前置放大单元、DSP信号处理模块与外设显示单元。本发明具有以下有益效果：省去传感器类型标定、运算和判向过程，降低解调算法复杂度；比值条纹计数法的理论精度是一般条纹计数法的2倍；先天抗干扰，通过DSP信号处理模块实现测量仪器小型。

主权项

1.基于双F-P干涉仪的比值条纹计数法，其特征在于，包括以下步骤：1）激光器发出的激光经光纤隔离器、光纤耦合器被分为光强相近的两束光，两束光分别经过A、B两路单模光纤后通过传感单元入射到被测物体表面；2）A、B两路单模光纤端面的反射光分别和被测物体表面的反射光产生干涉，输出的两路干涉光强信号经过光电探测器接收，转换成电流信号；3）步骤2）获得的两路电流信号经前置放大单元放大后经DSP信号处理模块的A/D模数转换器采样后转换为数字信号，数字信号经滤除低频噪声后通过运算和计数获得解调结果；i）具体运算算法步骤如下：A、B两路单模光纤接收到的干涉光强信号I_A、I_B分别表示为I_A=I_A0cos(φ(t))    （1）I_B=I_B0cos(φ(t)+φ₀)    （2）其中，φ(t)=2π2nL(t)λ---(3)]]>φ0=2π2nΔdλ---(4)]]>式中，I_A0、I_B0分别表示A、B两路单模光纤信号光强幅值，表示F-P腔的腔长L(t)变化引起的相位变化，代表A、B两路单模光纤的初始相位差，由光纤端面抛磨工艺存在的随机位置差△d决定，n表示F-P腔介质折射率，介质为空气时n＝1，λ为激光器的工作波长；直接将式（2）除以式（1）得IBIA=IB0IA0(cos(φ0)-sin(φ0)tan(φ(t)))---(5)]]>滤去直流项后获得运算数据为ktan(φ(t))，其中为一常数；ii）具体计数过程如下：①在DSP信号处理模块的DSP芯片程序设计中引入寄存器、计数器等内存单元来存放记录数据，设置寄存器p1、p2分别记录前一时刻和当前时刻A、B两路光强采样值经上述相除滤波处理后的结果；②根据第一次测量采集后的运算数据ktan(φ(t))预设用于标定脉冲的阈值m，m>k即可；③当p1＞＋m且p2＜－m时，计数器数值加1；当p1＜－m且p2＞＋m时，计数器数值减1；其他情况下计数器均不计数；④最后将计数器数值换算为与相位φ(t)对应的解调结果；4）将步骤3）获得的解调结果通过DSP芯片控制发送到外设显示单元显示。