[发明专利]光纤白光微分干涉非接触测振的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及测振系统，具体地说是一种光纤白光微分干涉非接触测振的方法及装置，属于白光干涉测量领域。

背景技术

白光干涉原理早在1975年被提出，1983年，白光干涉原理首次在光纤传感技术中得到应用。在1985年到1989年期间，白光干涉原理被广泛用于压力、温度和应变测量的研究中。自1990年以后，光纤白光测量技术持续发展，并逐渐形成为一个研究方向，它所具有的优点被众多的研究者所揭示并认可。现在白光干涉技术已经得到广泛的应用，可以测量的物理量也明显增多，例如：位移、压力、振动、应力、应变、湿度、温度等物理参量以及生化参量的绝对测量。

白光干涉测量方法有时也称为低相干测量方法，在这种干涉测量方法中使用的是低相干、宽带光源，例如： ASE（放大自发辐射）光源和LED（发光二极管）光源，所以我们把这种干涉测量方法通常称为“白光”干涉测量方法。可以对物理量进行绝对测量，测量范围宽。与相干光源相比，白光干涉相干长度短，常为微米量级。

白光干涉测量技术具有的优点：1、白光干涉测量技术提供了位移，温度，压力等多种绝对物理量的测量方法；2、由于采用的是低相干光源，所以系统抗干扰能力很强，并且系统的分辨率与光源波长的稳定性、光源功率的波动、光纤的扰动等因素均无关；3、低相干光源价格便宜，所以降低了系统的成本，而且白光干涉系统结构简单；4、光纤白光干涉仪可以实现多路复用。

在进行振动测量时，为测量出振幅和频率等振动信息，需要对光电转换输出进行信号解调。在一些调制和解调中，像经典外差解调法，伪外差解调法、合成外差法和PGC（相位生成载波）解调技术，需要外加一个调制元件，测量系统的动态范围受调制频率的限制。基于耦合器解调法不需要外加调制，方法简单稳定，且光纤白光微分干涉测量受环境噪声影响小。利用基于耦合器低相干光纤微分干涉仪和三路探测的无源解调算法进行非接触振动测量，相关的专利和文献未见报道。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种光纤白光微分干涉非接触测振的方法及装置，该方法及装置简单稳定，受环境噪声影响小。

本发明提供的一种光纤白光微分干涉非接触测振的装置，包括ASE光源、光纤环形器、第一光纤耦合器、延迟光纤、第二光纤耦合器、光纤准直器及光电探测器；所述第一光纤耦合器的一端分别与三个所述光电探测器相连，其中一个所述光电探测器与所述第一光纤耦合器相连的光路上连接有所述光纤环形器，所述光纤环形器与所述ASE光源相连；所述第一光纤耦合器的另一端通过两条光路与所述第二光纤耦合器的一端相连，其中一条光路上连接有所述延迟光纤；所述第二光纤耦合器的另一端与所述光纤准直器相连。

其中：所述ASE光源为宽带光源。

所述第一光纤耦合器为3x3光纤耦合器，所述第二光纤耦合器为2x2光纤耦合器。

所述第二光纤耦合器的分光比为50:50。

本发明提供的一种光纤白光微分干涉非接触测振的方法，包括以下步骤：

(a)将振动目标设置在所述光纤准直器的出射端；

(b) 所述ASE光源发出的光经所述第一光纤耦合器和所述第二光纤耦合器到所述振动目标反射回所述第一光纤耦合器中，然后分为三路光分别进入三个所述光电探测器；三个所述光电探测器的输出电信号包含了所述振动目标的振动信息；

(c) 三个所述光电探测器的输出电信号通过数据采集卡实现A/D转换，使用三路探测解调算法在软件上进行消直流、求导、交叉相乘、积分、高通滤波后，与干涉信号平方和相除，再积分获得待测振动信号。

其中：所述数据采集卡采用NI公司的PCI-6251数据采集卡。

所述软件采用labview软件。

本发明的技术效果在于：本发明采用低相干光源和单模光纤器件，结构简单成本低，光路的结构本身对噪声、温度、应力等低频扰动不敏感，使用三路探测的无源解调方法即可测量出振动信息，测量的动态范围大，实现了光纤白光干涉的远距离非接触测量。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明的解调流程图。

图3A和图3B分别是振动目标为压电陶瓷（PZT），驱动信号为f=2KHz，V=0.1V时，本发明的解调结果的波形图和频谱图。

图4A和图4B分别是振动目标为压电陶瓷（PZT），驱动信号为f=4KHz，V=3V时，本发明的解调结果的波形图和频谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。