[实用新型]一种基于白光干涉的接触式温度不敏感天平

说明书

本实用新型公开了一种基于白光干涉的接触式温度不敏感天平，由宽带光源，环形器，导管，参考FBG，掺铒光纤放大器，隔离器，光电探测器，耦合器，扫描棱镜，自聚焦透镜，带有反射镜的天平。当被测物体放置在天平两端时，由宽带光源发出的光，通过环形器，光束经扫描棱镜后从天平反射镜反射回的光经过耦合器，通过光探测器输出。以白光干涉为基础，利用温度补偿系统对用天平测得的物理量进行精确测量，排除了温度及电磁干扰对测量的影响，具有很强的创新性和实用价值，有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于精密仪器制造及测量技术领域，具体涉及一种基于光纤迈克尔逊白光干涉的接触式温度不敏感天平。

背景技术

光纤白光干涉有绝对的测量特点，采用的是非相干的宽带光源，虽然相干长度非常短，但它的优点是有一个明显的零级干涉条纹，通过光程调制的方式来判断天平是否平衡。

由于目前市面上机械天平及电子天平存在精度低、抗电磁干扰能力弱的问题，利用白光干涉来提高天平高精度测控方法。

由于环境温度变化对测量结果有较大的影响，所以通过温度补偿系统消除，大大提高测量的精准度。

光电探测器是能将光信号转化为电信号的的光电器件,它的工作原理是基于光电效应,利用这个特性可以进行显示及控制的功能,光电探测器可以用来代替人眼,且具有光谱响应范围宽,灵敏度高,稳定性好的特点,已经被广泛应用。

由于光纤布拉格光栅具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能被用于光纤传感测量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于以光纤迈克尔逊干涉为主要结构，以白光干涉为基础，利用温度补偿系统设计一个天平。

本发明通过以下技术方案实现：一种基于白光干涉的接触式温度不敏感天平，由宽带光源(1)，环形器(2)，导管(3)，参考FBG(4)，掺铒光纤放大器(5)，隔离器(6)，光电探测器(7)，耦合器(8)，扫描棱镜(9)，自聚焦透镜(10)，带有反射镜的天平(11)，FBG(14)，光纤(15)，无芯光纤(16)和GRIN光纤镜头(17)组成；其特征在于：宽带光源(1)通过光纤连接到环形器(2)第一端口，环形器(2)第二端口的参考FBG(4)安装在导管(3)上，环形器(2)第三端口接掺铒光纤放大器(5)，再通过隔离器(6)后从输入端进入耦合器(8)，经过耦合器(8)的两束光，其中一束光再通过扫描棱镜(9)和由无芯光纤(16)与GRIN光纤镜头(17)组成的自聚焦透镜(10)系统后连接到带反射镜的天平第一端(12)，另一束光直接经光纤连接带有反射镜的天平第二端(13)，反射后的两束光经耦合器后连接到光电探测器(7)；调节扫描棱镜(9)观察干涉条纹，进行带有反射镜的天平(11)初始化调节，环形器(2)、导管(3)、参考FBG(4)、掺铒光纤放大器(5)、隔离器(6)构成温度补偿系统，连接带反射镜的天平第一端(12)的光纤(15)空间位置距离参考FBG(4)小于30cm，当温度变化时，由于光纤(15)与参考FBG(4)空间距离很近，所处环境相同，光纤(15)中的FBG(14)与参考FBG(4)将产生相同的温度漂移，当放置被测物体后光纤(15)的末端接触到天平侧壁后会产生挠曲变形，引起光纤(15)中FBG(14)反射中心波长的偏移，而参考FBG(4)的反射中心波长不变，即此时光电探测器(7)接收的返回光波峰峰值降低，实现温度无感的测量。

所述的连接天平第一端(12)的光纤需与温度补偿系统的参考FBG(4)呈相互平行或者相互放置。

本发明的工作原理是：基于光纤迈克尔干涉结构的白光干涉的干涉特性，传输光纤与传感装置相连，传感装置采用光源为LED的扫描迈克尔逊低相干光反射仪(OLCR)来实现信号的解调。OLCR的光程差可以通过扫描棱镜-自聚焦透镜系统进行调节，当调节扫描棱镜到某一位置时，OLCR和传感装置的光程差相同，则在探测端得到白光干涉条纹。该系统满足光程匹配条件：