[发明专利]一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统

权利要求书

1.一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统，其特征在于：包括宽带载波光源（1）、频率可调谐微波源（2）、电光调制器（3）、光放大器（4）、第一1×2多模光纤耦合器（5）、自聚焦透镜（6）、凸透镜（7）、光耦合透镜（8）、多模传输光纤（9）、第二1×2多模光纤耦合器（10）、高速光电探测器（11）、锁相放大器（12）、矢量微波探测器（13）和计算机（14）；其中，

宽带载波光源（1）的出射端通过保偏光纤跳线与电光调制器（3）的输入端连接；频率可调谐微波源（2）的信号输出端与电光调制器（3）的信号输入端连接；电光调制器（3）输出端与光放大器（4）的输入端连接；光放大器（4）输出端通过多模光纤跳线与第一1×2多模光纤耦合器（5）的入射端连接；第一1×2多模光纤耦合器（5）的第一出射端通过多模光纤与自聚焦透镜（6）连接；在自聚焦透镜（6）和光耦合透镜（8）间放置有凸透镜（7）；光耦合透镜（8）与第二1×2多模光纤耦合器（10）的第一入射端连接；第一1×2多模光纤耦合器（5）的第二出射端通过多模传输光纤（9）与第二1×2多模光纤耦合器（10）的第二入射端连接；第二1×2多模光纤耦合器（10）的出射端与高速光电探测器（11）连接；高速光电探测器（11）的出射端通过高频电缆与锁相放大器（12）的信号输入端连接；锁相放大器（12）的参考信号输入端与频率可调谐微波源（2）的参考信号输出端连接；锁相放大器（12）的信号输出端通过高频电缆与矢量微波探测器（13）的信号输入端连接，矢量微波探测器（13）的信号输出端与计算机（14）的信号输入端连接；

被测液膜置于凸透镜（7）和光耦合透镜（8）之间；光耦合透镜（8）位于经凸透镜（7）和被测液膜后光的聚焦位置处；

根据被测液膜介质，确定所选宽带载波光源（1）对应的波长范围，使其在被测液膜中的吸收损耗较小；

宽带载波光源（1）输出的光载波信号进入电光调制器（3）；频率可调谐微波源（2）输出的微波信号经电光调制器（3）调制后加载到光载波信号上形成光载微波信号；电光调制器（3）输出的光载微波信号经光放大器（4）放大后输入到第一1×2多模光纤耦合器（5），经第一1×2多模光纤耦合器（5）后分成两路，其中一路光载微波信号经多模光纤进入自聚焦透镜（6），经自聚焦透镜（6）后进入凸透镜（7），从凸透镜（7）出射的光载微波信号经被测液膜后，通过光耦合透镜（8）耦合进入第二1×2多模光纤耦合器（10）；另一路光载微波信号经多模传输光纤（9）后进入第二1×2多模光纤耦合器（10）；两路光载微波信号在第二1×2多模光纤耦合器（10）处发生干涉，产生的光载微波干涉信号经高速光电探测器（11）后转换为电信号；电信号经锁相放大器（12）后被矢量微波探测器（13）接收，矢量微波探测器（13）将采集到的干涉信号输入到计算机（14）进行处理；通过对频率可调谐微波源（2）进行扫频，根据矢量微波探测器（13）所采集到的干涉信号得到干涉谱，不同液膜厚度导致的光程差变化量与其干涉谱的频移量存在对应的线性关系，通过干涉谱的频移信息即得到光程差变化量，进而得到被测液膜厚度信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统，其特征在于：多模传输光纤（9）的长度是可调的，以使两路光载微波信号的光程差大于宽带载波光源的相干长度，而小于微波源的相干长度。

3.根据权利要求1所述的一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统，其特征在于：矢量微波探测器（13）可同时探测微波信号的振幅和相位信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统，其特征在于：第一1×2多模光纤耦合器（5）和第二1×2多模光纤耦合器（10）的耦合比需通过估算光通过被测液膜后产生的损耗来确定，以提高两路光载微波信号产生的干涉信号的条纹可见度。

5.根据权利要求1所述的一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统，其特征在于：被测液膜为水平、竖直或倾斜放置的平板、管道外或管道内液膜。

6.根据权利要求1所述的一种基于光载微波干涉的液膜厚度测量系统，其特征在于：被测液膜包括平板降膜（15）、倾斜板降膜（18）或气液环状流液膜（21）。