[發(fā)明專利]光纖邁克爾遜干涉測振儀非線性誤差修正方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911030986.6
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110702210A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡鵬程;董祎嗣;冉明;初文豪
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01B9/02;G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

光纖邁克爾遜干涉測振儀非線性誤差修正方法屬于光纖干涉測量技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明在不需要改變第一反射鏡和第二反射鏡位置的前提下，通過給激光波長可調(diào)制光源進行波長預掃描，利用輸出激光波長的連續(xù)變化使干涉儀的參考光束與測量光束之間的光程差產(chǎn)生連續(xù)的變化，使得探測器得到的干涉信號產(chǎn)生至少一個周期的相位變化，實現(xiàn)干涉信號特征參數(shù)的預提取，并利用預提取的特征參數(shù)在測量過程中實現(xiàn)非線性誤差修正，進行高精度振動測量；本發(fā)明實現(xiàn)了對光纖邁克爾遜干涉測振儀干涉信號特征參數(shù)的預提取、能夠有效解決干涉測量尤其是微小振動測量中非線性誤差的修正問題，在精密測量領(lǐng)域具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖干涉測量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種光纖邁克爾遜干涉測振儀非線性誤差修正方法。

背景技術(shù)

隨著科學研究的快速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平飛速提高，科研和工業(yè)領(lǐng)域?qū)ξ灰茰y量也提出了更高的要求，振動測量的最小變化量也正朝著納米量級方向發(fā)展。光纖邁克爾遜干涉測振儀是利用激光干涉原理進行高精度位移測量的儀器，具有非接觸、高精度等優(yōu)點。一個光纖邁克爾遜干涉測振儀包含一個激光波長可調(diào)制光源；所述激光波長可調(diào)制光源進行波長的正弦調(diào)制；一個將波長可調(diào)制光源分為參考光束和測量光束的光纖耦合器；一個能夠反射參考光束的第一反射鏡；一個能夠反射測量光束的第二反射鏡，所述第二反射鏡通常被固定于被測物體上，隨被測物體一同運動；一個能夠檢測干涉信號的光電探測器，所述干涉信號是經(jīng)過所述第一反射鏡反射得到的參考光束與所述第二反射鏡反射得到的測量光束干涉形成的；以及信號處理單元，耦接所述光電探測器，適于采集所述光電探測器輸出的干涉信號。相比于其他激光干涉儀，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、電路處理容易、對環(huán)境的要求較低等諸多優(yōu)點，因而更加廣泛的應(yīng)用于位移測量領(lǐng)域。然而，在實際應(yīng)用中，非線性誤差的存在卻一直成為光纖邁克爾遜干涉測振儀實現(xiàn)高精度測量的關(guān)鍵問題。

圖1為典型的光源調(diào)制式光纖邁克爾遜干涉測振儀結(jié)構(gòu)，正弦信號發(fā)生裝置1產(chǎn)生正弦信號給到波長可調(diào)制激光器2，對波長可調(diào)制激光器2輸出激光波長進行正弦調(diào)制，波長可調(diào)制激光器2發(fā)出的激光通過光纖耦合器3分光為參考光束和測量光束；其中參考光束經(jīng)過第一準直器4準直，第一反射鏡5反射，測量光束經(jīng)過第二準直器6準直，第二反射鏡7反射后，參考光束和測量光束原路返回到光纖耦合器3中發(fā)生干涉，并由光纖耦合器3另一端輸出并入射光電探測器8，光電探測器8的輸出信號理想形式如下：

信號進行相位生成載波解調(diào)單元9得到U_m1和U_m2信號；理想狀態(tài)下，U_m1和U_m2可以表示為：

其中，B為干涉信號的交流幅值，C為相位調(diào)制深度和，J₁(C)和J₂(C)為貝塞爾函數(shù)，和為一倍頻和二倍頻載波，其表達形式為：