[發明專利]一種光纖干涉儀臂長差的測量裝置

有效

• 申請號: 201610329562.X
• 申請日: 2016-05-18
• 公開（公告）號: CN105865754B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 楊軍;侯長波;王建國;彭峰;苑勇貴
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 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光纖傳感器性能測量裝置，具體涉及的是一種干涉儀臂長差的測量裝置。

背景技術

在光纖傳感和光纖通訊等領域，Michelson型光纖干涉儀(如圖5所示)和Mach-Zehnder型光纖干涉儀(如圖6所示)都具有非常重要和廣泛地應用。如光纖水聽器、磁場計、電流計等感應計的基本結構都為Michelson型光纖干涉儀或者Mach-Zehnder型光纖干涉儀。作為光纖干涉型傳感元件的基本原理是：利用光纖長度對溫度、壓力等外界環境的變化非常敏感這一特性，當被測信號作用于光纖干涉儀的傳感臂時會導致干涉信號的相位發生變化，從而改變輸出光強。通過一定技術手段檢測出光強的變化就可以得到被測信號。由于作為光纖傳感器主要元件的光纖干涉儀的兩臂差值對于系統的相位噪聲、靈敏度和解調分辨率等參量有直接影響，所以光纖干涉儀兩臂的臂長差測量具有非常重要的意義。

目前測量光纖干涉儀臂長差的方法主要有以下幾種：電流調制和觀察干涉儀條紋可見度法、白光干涉法、時域脈沖法、干涉儀干涉譜觀測法、光載微波法等方法。

1983年英國的Dandridge在IEEE Journal of LightwaveTechnology.1(3)：514-516上發表文章“Zero Path-Length Difference in Fiber-Optic Interferometers”提出電流調制和觀察干涉條紋的方法，該方法首先通過電流來調制光源，利用干涉輸出強度與調制電流的關系計算長度大于10mm的臂長差，如果被測臂長差的長度大于10mm，則利用觀察干涉條紋，通過查看條紋間距的方法測量，這種方法相對來說技術比較復雜。白光干涉法的基本原理是：在白光干涉儀的一臂末端接上掃描鏡，另一臂接被測光纖干涉儀，通過移動掃描鏡來引入參考臂長，當參考臂長分別等于被測光纖干涉儀兩臂長時，出現的反射峰值最大，分別讀出當時的掃描鏡距離就可以得出被測光纖干涉儀的臂長差。2007年哈爾濱工程大學楊軍等人發表在哈爾濱工程大學學報.28(8)：740-742的文章“光纖Mach-Zehnder干涉儀臂長差的精確測量”，利用這種方法達到了10微米的測量精度，但是這種方法的測量長度主要受限于掃描臺的掃描范圍，所以可測量的臂長差的長度較短。時域脈沖法的主要原理為：將飛秒激光器輸出的光注入被測干涉儀，通過使用高速信號采集儀在信號輸出端測量從兩臂反射回的信號的時間差，來達到測量光纖干涉儀兩臂臂長差的目的。飛秒激光器和高速信號采集儀都比較昂貴，所以使得這種方法的成本非常高。干涉儀干涉譜觀測法主要是利用光譜儀觀測寬譜光的干涉圖像，獲得相鄰谷值或峰值所對應的波長計算得到光程差。2005年黑龍江大學的余有龍等人發表在黑龍江大學自然科學學報.22(2)：216-218上的文章“非平衡全光纖干涉儀臂長差測量方法的研究”利用這種方法，實現了20微米的測量精度。但是這種測量方法依賴于光譜儀的分辨率，并且和工作波長有關，所以無法測量較長的臂長并且高分辨率光譜儀成本較高。2010年呂武略等人公開了一種光載微波的方法(中國專利申請號：201010603812.5)，通過將臂長差信號調制到光載微波的相位上，解調微波的相位達到了測量臂長差的目的。這種方法的測量范圍比較廣，能提供較高的測量精度，但是由于引入微波掃頻源、高速光電探測器等裝置，使得結構稍顯復雜，并且成本相對較高。PGC零差調制法需要在光纖干涉儀兩臂加上不同的電壓來補償兩臂的臂長差，通過測量電壓差值計算得出光纖干涉儀兩臂的臂長差。由于需要給光纖干涉儀兩臂加電壓，所以這種方法存在破壞傳感器的風險，無法應用于已經封裝成型的如水聽器等傳感裝置的臂長差測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種成本低、結構簡單、可自動定標、測量范圍廣和測量精度高的光纖干涉儀臂長差的測量裝置。