[發明專利]DFB陣列掃頻光源光纖頻域干涉測距系統和方法

有效

• 申請號: 201811034265.8
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109029271B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 段發階;程沁蕊;黃婷婷;馬凌;李秀明;傅驍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種DFB陣列掃頻光源光纖頻域干涉測距系統，其特征是，DFB陣列掃頻光源產生的掃頻激光首先進入分光比為20:80寬帶光纖耦合器，分出的20％光進入參考的馬赫澤德干涉儀MZI，由參考的馬赫澤德干涉儀MZI的光電二極管PD2采集的干涉信號為等波數的參考時鐘信號，用于后期主干涉儀的信號重建；另外的80％光通過分光比為10:90寬帶光纖耦合器，10％進入兩干涉臂中的參考臂，利用帶電動位移臺的光纖延遲線來調節干涉臂的平衡，同時在線匹配兩干涉光的光強；另外90％進入測試臂，測試臂采用三端環形器結構，所述掃頻激光由三端環形器進入光纖探頭后射到待測工件表面，從待測工件表面的反射光被同一光纖探頭收集，再由三端環形器進入用于合束的耦合器，與參考光發生干涉；干涉光由銦鎵砷InGaAs PIN型光電探測器進行光電轉換，經過放大器和濾波器放大并濾波后被模數轉換器ADC采集，其中ADC采集的時鐘信號是由掃頻光源的觸發信號時鐘產生的，并根據參考的馬赫澤德干涉儀MZI的PD2采集來的干涉信號作為信號重建的時鐘信號；DFB陣列的掃頻光源為C波段DFB陣列模塊激光光源，由FPGA構成的電流控制電路板為每個DFB陣列模塊提供電流以進行掃描，將DFB陣列模塊連接以利用陣列的整個帶寬產生等效掃描；其中，FPGA通過比較參考時鐘信號和參考的馬赫澤德干涉儀MZI干涉信號進行過零采樣后的信號產生脈沖寬度調制PWM誤差信號，提供掃描電流，同時根據每次電流掃描的開始輸出TTL觸發電平信號，觸發采集數據的時鐘信號；還包括計算機，FPGA的數據由USB芯片傳輸到計算機上做快速傅里葉變換，得到待測的距離值；所述光纖探頭采用自聚焦透鏡，自聚焦透鏡鍍上增透膜；自聚焦透鏡采用短焦距設計。

2.一種DFB陣列掃頻光源光纖頻域干涉測距方法，其特征是，將DFB陣列掃頻光源產生的掃頻激光送入分光比為20:80寬帶光纖耦合器，分出的20％光進入參考的馬赫澤德干涉儀MZI，由參考的馬赫澤德干涉儀MZI的光電二極管PD2采集的干涉信號為等波數的參考時鐘信號，用于后期主干涉儀的信號重建；另外的80％光通過分光比為10:90寬帶光纖耦合器，10％進入兩干涉臂中的參考臂，利用帶電動位移臺的光纖延遲線，用來調節干涉臂的平衡，同時在線匹配兩干涉光的光強；另外90％進入測試臂，測試臂采用三端環形器結構，所述掃頻激光由三端環形器進入光纖探頭后射到待測工件表面，從待測工件表面的反射光被同一光纖探頭收集，再由三端環形器進入用于合束的耦合器，與參考光發生干涉；干涉光由銦鎵砷InGaAs PIN型光電探測器進行光電轉換，經過放大器和濾波器放大并濾波后被模數轉換器ADC采集，其中ADC采集的時鐘信號是由掃頻光源的觸發信號時鐘產生的，并根據參考參考的馬赫澤德干涉儀MZI的PD2采集來的干涉信號作為信號重建的時鐘信號；DFB陣列的掃頻光源為C波段DFB陣列模塊激光光源，由FPGA構成的電流控制電路板為每個DFB陣列模塊提供電流以進行掃描，將DFB陣列模塊連接以利用陣列的整個帶寬產生等效掃描；其中，FPGA通過比較參考時鐘信號和參考的馬赫澤德干涉儀MZI干涉信號進行過零采樣后的信號產生脈沖寬度調制PWM誤差信號，提供掃描電流，同時根據每次電流掃描的開始輸出TTL觸發電平信號，觸發采集數據的時鐘信號。

3.如權利要求2所述的DFB陣列掃頻光源光纖頻域干涉測距方法，其特征是，對采集到的數據進行如下處理：光纖探頭端面距離待測工件表面的距離為d，探頭收集的工件表面反射光與參考光將發生干涉，干涉公式為：

其中，L＝2d，n是光纖折射率，λ(t)為掃頻光源波長掃描函數；對一個特定的距離d，掃頻光源在時域上對波長λ進行快速掃描，產生時域干涉信號，對此干涉信號做FFT，得出的特定的頻率f，與距離d一一對應。