[發明專利]單頻偏振激光干涉儀及光程倍增高激光應變儀

有效

• 申請號: 201210381909.7
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102927900A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 楊軍;彭峰;吳冰;苑勇貴;苑立波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種激光干涉儀及主要由激光干涉儀構成的激光應變儀。具體涉及的是一種用于地學觀測技術領域中的一種激光干涉儀的光路結構布局及機械固定安裝結構。

背景技術

伸縮測量儀是一種精密測量地殼巖體兩點間距離相對變化的儀器，在觀測地殼應變和固體潮汐，以及研究地震孕育過程和地震前兆獲取等領域中有著重要應用。

自1935年美國地震學家貝尼奧夫（H.Benioff）研制成第一臺有價值的石英伸縮儀后，美、英、前蘇聯、日、比、德等國都相繼研制了高靈敏度的伸縮儀。儀器的靈敏度一般都在10^-8以上，能清晰記錄到固體潮汐。

我國開展這方面的研究較晚，20世紀80年代初中國地震局地震研究所蔡帷鑫等人才研制出較為實用的伸縮儀——SSY-II型水平石英伸縮儀（蔡帷鑫，譚適齡，SSY-II型石英伸縮儀的研制與試驗，大地測量與地球動力學，Vol.5(1)：31-41，1985）。儀器的測量基線采用熔融石英管，其基線長度為10米以上，一般為30～50米；應變觀測分辨率優于3×10^-9，能清晰地記錄到固體潮汐。

20世紀90年代末期，中國地震局地震研究所呂寵江等人發明了一種新的應變觀測儀器——SS-Y型短基線伸縮儀（專利申請號：99116620.5），它選用特種銦鋼棒作為基線，并垂直自由懸掛，選用電渦流傳感器或差動變壓器作為位移傳感器，標定器啟用斜楔位移傳感原理構成的精密超微量位移標定平臺，儀器的應變分辨率優于10^-9。該儀器在保持高靈敏度高穩定性的同時縮短了基線長度達到小于10米。在此基礎上，2006年呂寵江發明了差分式短基線伸縮儀（專利申請號：200610018250.3），目的是提高伸縮儀對震動、電源波動等有較強的抗共模干擾能力，可進一步縮短基線的長度，但其基線長度仍然大于5米。

2007年，中國地震局地震研究所李家明等人發明了超短基線伸縮儀（專利申請號：200710053069.0），該裝置采用位移分辨率為0.1nm的電容傳感器，使測量基線長度減小到1米的同時，應變分辨率還能保持在1×10^-10。但電容傳感器的防潮和密封問題是伸縮儀能否成功實現的難點，并且電容傳感器極易受到強電磁干擾，不適合于在電磁污染嚴重的環境中使用。

綜上所述，在提高伸縮儀測量精度的同時，縮短其測量基線長度，成為伸縮儀研制的主要方向。小型化的優點是：一方面可以降低開鑿硐體的難度，降低環境建設成本；另一方面小型化后可以便攜，有利于地震應急快速布設，甚至于井下巖層布設。

目前發明的伸縮儀中位移傳感器主要采用電渦流位移傳感器、差動變壓器位移傳感器，或者電容位移傳感器，其中前兩者最好的位移分辨率1nm左右；而電容位移傳感器雖然有較好的分辨率，可以達到0.01nm，但是缺點是寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響大、輸出具有非線性、聯接電路復雜，以及受潮濕、電磁干擾嚴重等缺點，不是十分適合伸縮儀可靠性、穩定性要求高，需要長期工作等實用場合。因此，需要研制新的位移傳感器，以滿足伸縮儀提高測量精度和小型化的要求。

近年來，激光干涉技術發展迅速，廣泛應用于地殼伸縮應變研究。單頻偏振激光干涉儀具有共光路、倍光程的特點，使環境影響大大降低，同時提高了系統測量分辨力。相比電學類傳感器，它具有靈敏度高（皮米、亞皮米級位移分辨率）、動態范圍大、測量頻帶寬的優點。本發明采用單頻偏振激光干涉原理，實現了一種光程倍增激光應變儀，主要用于地殼應變和固體潮汐觀測，以及地震前兆信息獲取。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能有效地提高整機的測量精度，并降低誤差干擾的單頻偏振激光干涉儀。本發明的目的還在于提供一種基于本發明的單頻偏振激光干涉儀的光程倍增高激光應變儀。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的單頻偏振激光干涉儀的組成為：激光器101A、光隔離器102A、偏轉反射鏡103A、偏振分光棱鏡104A、第11/4波片105A、第21/4波片106A、第11/2波片107A、第1消偏振分光棱鏡108A、第2偏振分光棱鏡109A、第31/4波片110A以及第3偏振分光棱鏡111A固化在光路底座118A上，光路底座118A與折疊反射鏡112A、參考反射鏡113A、四個光電探測器114A～117A一起安裝在光路封裝箱119A中。