1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统研制

针对目前国内激光测振系统价格昂贵、使用不便的问题,采用1 550 nm波段成熟的窄线宽光源和光纤元器件研制了一套低成本的全光纤激光测振系统原理样机。此原理样机光路部分采用马赫?泽德干涉仪结构,搭建了外差式激光干涉光路,参考光被40 MHz的声光调制器调制,与测量光在光电探测器表面发生干涉,产生原始的激光多普勒信号;信号解调部分采用相位解调法对原始激光多普勒信号进行解调,得到振动目标的运动特性,包括位移、速度和加速度信息。采用本单位的振动标准装置对其性能进行了测试,实验结果表明：在10 ~ 2 000 Hz的中低频振动范围内,1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统峰值位移、速度和加速度的测量误差在-0.6% ~ 0.7%内。该系统在中低频段具有较高的测量准确度,且成本相对较低、操作便捷,具有技术借鉴价值。     

高精度位移传感器测量

利用高精度的F-P激光干涉仪,研制了一套用于高精度位移传感器的校准装置,可以校准示值误差为十几个纳米到几十个纳米的高精度位移传感器.测量原理是利用F-P激光干涉仪的灵敏度高、测量精度高等特点,将干涉仪和被测传感器同时测量放置在精密位移工作台上,通过比较激光干涉仪移动镜的位移量和被测传感器的位移量间的差异,得出被测传感器的线性,整个测量过程完全由计算机控制.该系统测量范围为0～25mm,测量不确定度为6 nm+l/2 nm(k=1).     

高精度衍射光栅干涉仪的研制

提出了一种新型的激光衍射光栅干涉仪测量系统,以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础,配合正交信号的解相位细分原理,使得该系统可以达到纳米级分辨率.由于光栅干涉测量系统以光栅栅距作为测量基准,相对于传统干涉仪,光栅尺系统受环境因素造成的测量误差影响较小.通过实验校正,得到不同行程范围内光栅干涉测量系统的纳米级重复性误差,新型的激光衍射光栅干涉仪测量系统适合于较长行程的高精度位移测量.     

可判向光纤位移干涉仪在振动测量中的应用

提出了基于光学多普勒效应和外差方法设计的可判向光纤位移干涉仪,装置采用光通信行业中已经发展成熟的器件,主要有带尾纤的半导体激光器、1×2光纤耦合器、三端口环形器、光纤探头、3×3光纤耦合器、探测器以及示波器等构成.在原有结构的基础上,增加了光纤放大器和光纤滤波器,大大提高了信号光光强.结合李萨如图形给出了可判向光纤位移干涉仪的信号处理方法.利用该干涉仪测量了压电陶瓷的振动,实验表明能够测量的最小振动峰峰值为0.43 μm,并根据实验分析了干涉仪测量微位移的一些制约因素.研究表明,制约干涉仪测量微位移能力的主要因素是3×3光纤耦合器的非理想性,如3×3光纤耦合器输出干涉信号的位相差不恒定.     

激光干涉仪线性测量的光路准直调整方法

本文首先概述了XL-80双频激光干涉仪对中国一拖集团有限公司的数控机床的周期检测的必要性和意义,随后简单介绍了XL-80激光干涉仪线性测量硬件配置和工作原理,最后详细介绍了两种激光干涉仪线性测量的光路准直方法。     

高精度连续型光纤F-P腔液位传感器

提出一种基于光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)腔干涉仪原理的高精度连续型光纤液位传感器,它根据不同的液体高度产生不同的压强的原理实现液位测量。传感器通过MEMS技术和微光结构加工工艺研制,确保了传感器各项设计要求;系统采用双通道补偿光路以及双路输出比值为信号的处理方式,有效降低了环境因素的影响;利用低双折射单模光纤结合消偏技术,大幅减少了光路中“寄生干涉”和“偏振诱导信号衰落”对光纤F-P传感器测量精度的影响。实验表明,该传感器的灵敏度为0.8mV/mm,测量精度为<±2mm,分辨力为<±1mm,系列样品中最大量程可达30m,而且结构简单,安装方便。     

基于干涉解调技术的光纤激光器水声传感系统

分析了基于Michelson干涉解调技术的光纤激光器水声传感的原理,在一段掺铒光纤中写入具有π相移的光纤光栅构成光纤激光器,水声压力作用在激光器上引起激光工作波长的变化;采用基于3×3耦合器的偏振无关的非平衡光纤Michelson干涉仪将激光波长变化转化为干涉仪的相位变化;干涉仪的输出由光电探测器转换后使用DSP进行信号解调.针对3×3耦合器分光比不对称的问题,本文提出利用实时调整幅度的2路干涉信号进行解调的方案,该方案不需要3×3耦合器有严格的分光比,消除了外界环境对解调输出的非线性影响.水声探测实验表明,光纤激光器水声传感系统的声压灵敏度为-166.5 dB(参考值1 rad/μPa),解调结果与水声信号具有良好的线性关系.     

用于微位移测量的迈克尔逊激光干涉仪综述

迈克尔逊干涉术测量微位移可实现纳米甚至更高的分辨力,并且具备能直接溯源至激光波长等诸多优点,是目前微位移测量的重要技术手段.以限制迈克尔逊干涉仪品质提高的非线性误差为主要切入点,对目前各种基于迈克尔逊干涉原理的激光干涉技术进行了分类介绍,主要讨论了微位移测量中实现高精度和高分辨率的干涉测量技术,最后展望了激光干涉法测量...     

基于端面镀膜的Fabry-Perot光纤传感器研究

应用模式耦合理论计算了外腔式Fabry-Perot（F-P）干涉型光纤传感器的输出光强与F-P腔长的关系。对组成F-P腔的光纤端面进行了磨平抛光及镀多层电介质膜处理，使光纤端面反射率为70%，从而提高了传感器的抗干扰能力，简化了探测系统。将该传感器与电阻就变片作对比测量实验，其结果完全一致。     

两米光栅——线纹自动测量仪（一）

描述了一台能够对长度达１ｍ的线纹尺和长度达２ｍ的光栅尺（线位移传感器）进行测量的激光干涉仪，干涉仪设计成了双干涉光路系统，以消除光栅尺安装引入的阿贝误差，这台测量仪采用干涉条纹计量原理，对光栅尺和线纹尺的线值精度进行检测，并能对光机信号的质量进行评价。测量过程中，对空气折射率实现了实时修正。     

自适应系统在单频激光干涉仪上的应用研究

通过对单频激光干涉仪焦平面上等倾干涉条纹的能量分析和环境因素带来的随机噪声分析,研制一种自适应系统。该系统采用了四阶累积量计算法、信号滤波和信号直流分量提取算法。实验结果表明,可有效处理噪声信号,提取信号直流分量,从而提高直流分量跟踪精度。将该系统安装在单频激光干涉仪上,在非实验室环境条件下其线性测长准确度可达0.9×10^-6 L,测量重复性为0.09 μm。     

补偿式光纤F—P干涉仪的信号处理系统

本文提出并研制成补偿式光纤F-P干涉仪信号处理系统,提出了用来测量微小位移信号的三种方法及电路,即透射峰时间间隔测量法、光脉冲基波幅度测量法(精密整流法)、鉴相法。测试结果表明:时间间隔测量法,它的最大灵敏度达到0.26纳米/微秒;精密整流法,最大灵敏度为2.38纳米/伏特。     

二维纳米位移台测量系统的搭建和实验研究

研制了压电陶瓷(PZT)驱动叠加柔性铰链运动机构的二维纳米位移台。介绍了位移系统的结构并分析了位移系统的工作位移刚度,理论和仿真结果误差在6.3%以内。根据线性干涉仪原理构建了一套激光干涉测量系统,阐述了测量系统的布局及位移测试原理并测量纳米位移台行程及定位准确性。实验结果表明:位移台在100μm行程内,x轴和y轴的测试位移为99.6μm和97.7μm。同时分析了测试系统的误差来源并评估测量系统的不确定度,得到该测量系统x轴和y轴的合成标准不确定分别为10.04 nm和13.93 nm。     

激光干涉波形解调测量振动相位新方法

激光干涉频比计数法广泛应用于绝对法振动标准装置,针对频比计数法只能测量振幅不能得到振动相位,提出一种利用激光干涉条纹与振动台运动位移之间的关系,实现测量振动相位的新方法,并给出激光干涉波形解调测量振动相位的数学模型。该方法基于零差的迈克尔逊激光干涉仪,利用高速采集器同步采集激光干涉信号和传感器信号,并在Lab VIEW虚拟仪器开发平台上,软件解调振动波形,实现振动幅值和振动相位的实时测量。测量结果与正弦逼近法相一致。     

新型零差激光干涉仪测量误差因素分析

介绍了新型零差激光干涉仪的测量原理,实验和理论分析了干涉条纹宽度、激光光强、散斑效应对该激光干涉仪测量误差的影响。结果表明,干涉条纹宽度对振幅测量值影响并不明显,测量误差为0.5%;光强变化引起的振幅测量误差为0.5%,光强较弱会增大测量误差;散斑效应引起的振幅测量误差与透镜参数有关,测量误差为0.4%。该新型零差激光干涉仪可有效降低测振系统对测量环境的要求。     

用外差偏振干涉法测量保偏光纤双折射率

提出一种基于半导体激光调频外差干涉原理的保偏光纤双折射率的测量方法，即通过测量由保偏光纤构成的偏振干涉仪输出的外差信号的频率，求得保偏光纤的相对双折射率，此方法具有较高的分辨率和潜在的高精度，以及系统结构简单，无运动部件和非破坏测量等优点。     

全光纤双传感臂振动传感器频率特性研究

以全光纤Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪为基础,阐述了光纤双传感臂振动传感器的工作原理和结构设计.按照理论设计的结构采用硫化硅橡胶及金属铁块制作了传感探头,并完成全光纤双传感臂M-Z干涉仪的制作,实现干涉可见度约为95.8%.搭建实验系统对不同频率的振动信号进行测试,初步测试结果表明,系统的固有频率在850～1 150Hz之间,与理论计算相符;在固有频率以下,传感器工作频带范闱是100～800Hz,在固有频率以上工作频带范围是1.2～6.0 kHz.     

基于HSPMI的激光干涉位移校准系统的构建及实验研究

基于高稳定性平面镜干涉仪（HSPMI）构建了一套激光干涉纳米位移校准系统。描述了该系统的组成,设计了基于VME总线的数字信号处理计算机软件程序,对影响系统测量不确定度的各类误差进行了分析,得出该校准系统测量不确定度为2.93 nm。分别对系统稳定性和纳米级位移测试进行了实验,验证了构建系统的有效性和实用性。     

TFBG的Fabry-Perot干涉型纵向微位移传感研究

提出了一种利用光纤Fabry-Perot(F-P)干涉结构的微位移传感器,该F-P干涉结构是由双倾斜光纤光栅(tilted fiber Bragg grating,TFBG)沿轴向错开一定距离构成空气腔形成的.入射光经双TFBG及其高反射端面往返传播,从而构成F-P干涉结构.光纤沿纵(z轴)向移动时,F-P腔的腔长发生变化,致使干涉光谱的自由光谱范围随之产生变化.实验验证,该传感器在0~115μm的测量范围内获得了高达0.475nm/μm的灵敏度,较之前提出的光纤光栅型传感器灵敏度提高了近3倍.     

一种基于光拍频的连续激光调制光谱测量方法

针对F-P干涉仪分析连续激光调制光谱的局限性,本文提出了一种基于光拍频的连续激光调制光谱的测量方法,该方法可实现调制频率低达千赫兹的连续激光调制光谱的测量.本方法以光电转换理论为基础,利用频谱分析仪测得参考光与连续调制光谱的拍频信号,然后通过相应的数学计算得到连续调制光谱的各个光频的相对电场强度,从而实现连续调制光谱的分析.本文在理论建模与分析的基础上,利用该方法对半导体激光器出射激光经电光调制器调制产生的调制光谱进行了测量,测量结果与F-P干涉仪测量结果一致,验证了该方法的可行性.