[發(fā)明專利]一種基于白光干涉的接觸式溫度不敏感天平

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910287364.5
• 申請(qǐng)日: 2019-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109827643A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈常宇;劉姝儀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): G01G9/00
• 分類號(hào): G01G9/00;G01G23/48
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于白光干涉的接觸式溫度不敏感天平，由寬帶光源，環(huán)形器，導(dǎo)管，參考FBG，摻鉺光纖放大器，隔離器，光電探測(cè)器，耦合器，掃描棱鏡，自聚焦透鏡，帶有反射鏡的天平。當(dāng)被測(cè)物體放置在天平兩端時(shí)，由寬帶光源發(fā)出的光，通過(guò)環(huán)形器，光束經(jīng)掃描棱鏡后從天平反射鏡反射回的光經(jīng)過(guò)耦合器，通過(guò)光探測(cè)器輸出。以白光干涉為基礎(chǔ)，利用溫度補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)用天平測(cè)得的物理量進(jìn)行精確測(cè)量，排除了溫度及電磁干擾對(duì)測(cè)量的影響，具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性和實(shí)用價(jià)值，有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密儀器制造及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖邁克爾遜白光干涉的接觸式溫度不敏感天平。

背景技術(shù)

光纖白光干涉有絕對(duì)的測(cè)量特點(diǎn)，采用的是非相干的寬帶光源，雖然相干長(zhǎng)度非常短，但它的優(yōu)點(diǎn)是有一個(gè)明顯的零級(jí)干涉條紋，通過(guò)光程調(diào)制的方式來(lái)判斷天平是否平衡。

由于目前市面上機(jī)械天平及電子天平存在精度低、抗電磁干擾能力弱的問(wèn)題，利用白光干涉來(lái)提高天平高精度測(cè)控方法。

由于環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響，所以通過(guò)溫度補(bǔ)償系統(tǒng)消除，大大提高測(cè)量的精準(zhǔn)度。

光電探測(cè)器是能將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的的光電器件,它的工作原理是基于光電效應(yīng),利用這個(gè)特性可以進(jìn)行顯示及控制的功能,光電探測(cè)器可以用來(lái)代替人眼,且具有光譜響應(yīng)范圍寬,靈敏度高,穩(wěn)定性好的特點(diǎn),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

由于光纖布拉格光柵具有反射帶寬范圍大、附加損耗小、體積小，易與光纖耦合，可與其它光器件兼容成一體，不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能被用于光纖傳感測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于以光纖邁克爾遜干涉為主要結(jié)構(gòu)，以白光干涉為基礎(chǔ)，利用溫度補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)天平。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于白光干涉的接觸式溫度不敏感天平，由寬帶光源(1)，環(huán)形器(2)，導(dǎo)管(3)，參考FBG(4)，摻鉺光纖放大器(5)，隔離器(6)，光電探測(cè)器(7)，耦合器(8)，掃描棱鏡(9)，自聚焦透鏡(10)，帶有反射鏡的天平(11)，F(xiàn)BG(14)，光纖(15)，無(wú)芯光纖(16)和GRIN光纖鏡頭(17)組成；其特征在于：寬帶光源(1)通過(guò)光纖連接到環(huán)形器(2)第一端口，環(huán)形器(2)第二端口的參考FBG(4)安裝在導(dǎo)管(3)上，環(huán)形器(2)第三端口接摻鉺光纖放大器(5)，再通過(guò)隔離器(6)后從輸入端進(jìn)入耦合器(8)，經(jīng)過(guò)耦合器(8)的兩束光，其中一束光再通過(guò)掃描棱鏡(9)和由無(wú)芯光纖(16)與GRIN光纖鏡頭(17)組成的自聚焦透鏡(10)系統(tǒng)后連接到帶反射鏡的天平第一端(12)，另一束光直接經(jīng)光纖連接帶有反射鏡的天平第二端(13)，反射后的兩束光經(jīng)耦合器后連接到光電探測(cè)器(7)；調(diào)節(jié)掃描棱鏡(9)觀察干涉條紋，進(jìn)行帶有反射鏡的天平(11)初始化調(diào)節(jié)，環(huán)形器(2)、導(dǎo)管(3)、參考FBG(4)、摻鉺光纖放大器(5)、隔離器(6)構(gòu)成溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，連接帶反射鏡的天平第一端(12)的光纖(15)空間位置距離參考FBG(4)小于30cm，當(dāng)溫度變化時(shí)，由于光纖(15)與參考FBG(4)空間距離很近，所處環(huán)境相同，光纖(15)中的FBG(14)與參考FBG(4)將產(chǎn)生相同的溫度漂移，當(dāng)放置被測(cè)物體后光纖(15)的末端接觸到天平側(cè)壁后會(huì)產(chǎn)生撓曲變形，引起光纖(15)中FBG(14)反射中心波長(zhǎng)的偏移，而參考FBG(4)的反射中心波長(zhǎng)不變，即此時(shí)光電探測(cè)器(7)接收的返回光波峰峰值降低，實(shí)現(xiàn)溫度無(wú)感的測(cè)量。

所述的連接天平第一端(12)的光纖需與溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的參考FBG(4)呈相互平行或者相互放置。

本發(fā)明的工作原理是：基于光纖邁克爾干涉結(jié)構(gòu)的白光干涉的干涉特性，傳輸光纖與傳感裝置相連，傳感裝置采用光源為L(zhǎng)ED的掃描邁克爾遜低相干光反射儀(OLCR)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)。OLCR的光程差可以通過(guò)掃描棱鏡-自聚焦透鏡系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)掃描棱鏡到某一位置時(shí)，OLCR和傳感裝置的光程差相同，則在探測(cè)端得到白光干涉條紋。該系統(tǒng)滿足光程匹配條件：