[发明专利]光纤Fabry‑Perot位移传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及传感技术，尤其涉及一种基于光频调制相位载波解调方法的光纤Fabry-Perot位移传感系统。

背景技术

在许多研究领域和工业场合都需要对物体的振动位移进行测量，一般可以选用光纤干涉型振动位移传感系统实现。光纤干涉型振动位移传感系统中传感器最常用的结构主要有Mach-Zehnder（马赫－曾德尔）干涉仪、Michelson（迈克逊）干涉仪和Fabry-Perot（法布里－珀罗）干涉仪。其中，光纤Fabry-Perot干涉仪具有对两个反射面之间的光程差变化非常敏感和结构更加紧凑的特点。但是，目前光纤Fabry-Perot干涉型振动位移传感系统的主要缺点是测量精度低、测量范围小、抗电磁干扰能力低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光纤Fabry-Perot位移传感系统。可以提高光纤Fabry-Perot位移传感系统的测量精度、测量范围和抗电磁干扰能力。

本发明提供的一种光纤Fabry-Perot位移传感系统，用于测量被测物体的振动位移量，包括：光纤Fabry-Perot位移传感器，所述光纤Fabry-Perot位移传感器包括：准直透镜和夹持装置，所述准直透镜带有尾纤，且所述准直透镜被所述夹持装置所夹持固定；或者，所述光纤Fabry-Perot位移传感器包括：光纤和夹持装置，所述光纤的一端面被切平，且所述光纤被所述夹持装置所夹持固定。

进一步：所述准直透镜的出光面或者所述光纤被切平的端面采用不镀膜结构或者镀半反半透膜结构。

进一步：所述准直透镜的出光面或者所述光纤被切平的端面的出射光直接或者经过会聚透镜到达被测物体的表面。

进一步：还包括：光频调制相位载波信号解调系统；所述光频调制相位载波信号解调系统向所述光纤Fabry-Perot位移传感器发射激光信号，所述激光信号通过光纤Fabry-Perot位移传感器入射到被测物体；所述光纤Fabry-Perot位移传感器接收所述被测物体返射回的光信号，并向所述光频调制相位载波信号解调系统反馈干涉信号；所述光频调制相位载波信号解调系统根据所述激光信号和返回的干涉信号，计算得到所述被测物体相对于所述光纤Fabry-Perot位移传感器的位移量。

进一步：所述光频调制相位载波信号解调系统包括：

光电转换器I，用于将所述激光信号转换为电信号I；

光电转换器II，用于将所述光纤Fabry-Perot位移传感器返回的干涉信号转换为电信号II；

模数转换器，用于将所述电信号I转换为数字信号I，将所述电信号II转换为数字信号II；

微处理器，用于对所述数字信号I和数字信号II进行除法运算，得到消除光功率调制的干涉信号，然后将所述消除光功率调制的干涉信号分为两路，分别与一倍频载波信号和二倍频载波信号进行乘法运算，并将得到的信号再分别进行低通滤波得到两个相互正交的干涉信号，再对该两个相互正交的干涉信号进行除法运算，并对除法运算的结果进行求反正切运算，以及对求反正切运算得到的相位进行增量相位运算得到相位变化，最后对所述相位变化进行比例运算，得到所述被测物体相对于所述光纤Fabry-Perot位移传感器的位移量。

进一步：所述光频调制相位载波信号解调系统包括：

光电转换器I，用于将所述激光信号转换为电信号I；

光电转换器II，用于将所述光纤Fabry-Perot位移传感器返回的干涉信号转换为电信号II；

模数转换器，用于将所述电信号I转换为数字信号I，将所述电信号II转换为数字信号II；

微处理器，用于对所述数字信号I和数字信号II进行除法运算，得到消除光功率调制的干涉信号，然后将所述消除光功率调制的干涉信号分为两路，分别与一倍频载波信号和二倍频载波信号进行乘法运算，并将得到的信号再分别进行低通滤波得到两个相互正交的干涉信号I₁、I₂，再对该两个相互正交的干涉信号分别进行微分运算，得到I₁′、I₂′再进行I₁′*I₂－I₂′*I₁，再进行积分运算和高通滤波得到相位变化，最后对所述相位变化进行比例运算，得到所述被测物体相对于所述光纤Fabry-Perot位移传感器的位移量。

进一步：所述光频调制相位载波信号解调系统，还包括：激光电流控制器、激光温度控制器、波长可调窄带激光器、光纤隔离器、2×2光纤耦合器和数模转换器；