[发明专利]基于光电振荡器的准分布式位移测量装置和方法

说明书

本发明提出一种基于光电振荡器的准分布式位移测量装置和方法，可应用于多点位移测量领域。本发明通过波分复用技术实现不同传感位置的选择；通过偏振复用技术实现两个光电振荡器的互参考结构。当通过波分复用技术选定特定传感位置后，利用偏振复用技术形成两个结构相同的光电振荡器，其中一个为参考光电振荡器，另一个为测量光电振荡器。两个光电振荡器通过偏振复用技术共用长光纤延迟模块，形成互参考结构。将两个光电振荡器产生的微波信号鉴频，获得位移引起的测量光电振荡器中微波信号的频率变化，形成位移的频率解调方式。通过调谐测量光电振荡器中可调谐激光器模块的波长，依次选择传感位置，实现准分布式测量。

技术领域

本发明属于多点位移测量领域，具体涉及了一种基于光电振荡器的准分布式位移测量装置和方法。

背景技术

近年来随着科学、技术的发展，科学研究、生产建设对大量程、高精度的距离测量提出了越来越迫切的需求，如：大型设备、构件的生产、装配和运行监控；地球重力场研究；我国空间探索、导航等领域的需要等。

传统的距离及其相关参数的光学测量方法包括六种，光强测量法、三角测量法、共焦测量法、多普勒测量法、时间飞行法、光学相干法。光强测量法通常包括一个光源和一个探测器，其结构简单、成本低，但存在多目标反射干涉影响测量精度的问题。三角测量法通常包括一个光源与光电探测器阵列，具有成本低的优势，但是其测量能力受光电探测器阵列的密集程度影响。共焦测量法的测量距离通常只有几毫米，无法满足远距离测量。多普勒测量法无法测量待测目标的距离。时间飞行法通常基于光脉冲实现，可以同时测量目标距离和速度，但是其测量分辨率与测试精度较低。光学相干法是一种精密测量距离的方法，采用光波相位干涉测距。上述六种光学测量距离及其相关参数的方法在实时地、高精度地测量远距离的目标的位移时存在严重挑战，尤其是在多点位移测量领域中，上述测量方案无法提供相应技术支撑。

目前，基于光电振荡器实现了大量程、高精度的距离测量。该方法依据累积放大原理，使用将待测物理量放大后进行测量的思想，使用较低分辨率实现高精度测量。基于光电振荡器的距离测量存在两个技术难点：一是由于待测目标位于反馈环路内，温度等环境因素对反馈环路的影响将会降低系统的测量精度；二是由于累积放大原理，需要提高光电振荡器的频率来提高测量精度，因而光电振荡器的频率通常为数十GHz，实时测量数十GHz微波信号的频率增加了解调难度和成本；三是多目标距离及位移测量实现存在困难。因此，温度等环境因素对距离及其相关参数测量结果的影响和振荡器振荡信号频率高，测量难度大，解调成本高、难度大，测量精度低，实现多目标距离及位移测量是亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中难以排除温度等外界因素对测量结果的影响，且解调难度成本高、难度大，测量精度低，多目标距离及位移测量实现存在困难的问题，提供了一种基于光电振荡器的准分布式位移测量装置和方法，有效克服温度等环境因素对距离及其相关参数测量结果的影响，降低测量难度、解调难度和解调成本，实现多目标距离及位移测量，能用于远距离位移测量的各种场合。

为实现上述发明目的，本发明基于光电振荡器的准分布式位移测量装置，包括参考光电振荡器、测量光电振荡器、鉴频模块、频率计数模块、频谱测量模块和信号处理模块，所述参考光电振荡器的输出微波信号为两路，其中一路参考光电振荡器输出的微波信号与测量光电振荡器输出的微波信号同时输入鉴频模块中，另一路参考光电振荡器输出的微波信号输入到频谱测量模块；鉴频模块输出中频信号后，将中频信号输入频率计数模块中，频率计数模块和上述频谱测量模块将信息输出到信号处理模块，其中：

参考光电振荡器，用于消除包括温度在内的外界因素对距离及其相关参数测量结果的影响；

测量光电振荡器，用于与参考光电振荡器相比较得出待测值；

鉴频模块，用于将来自参考光电振荡器的微波信号和来自测量光电振荡器的微波信号进行鉴频；

频率计数模块，用于测量鉴频模块输出的中频信号实时频率；