[发明专利]一种用于检测膜面振动的双腔装置及其解调方法

权利要求书

1.一种用于检测膜面振动的双腔装置，其特征在于，包括激光器、光纤分束器、光环形器、光纤、双腔装置及光电探测器；所述激光器为单波长的窄线宽激光器；

所述双腔装置由光纤端面与膜面构成，光纤端面发射的双光束照射在同一膜面上并沿原光路反射回光纤端面，同一双腔装置中存在两个FP腔；

所述光纤端面在轴向上的错位长度与特定的波长匹配，使双腔装置输出的两路干涉信号呈一定的相位差，且此相位差不等于π或其整数倍；

该双腔装置的工作方法为：

激光器发出的激光经过光纤分束器分成两束光，光束通过光环形器传输到双腔装置，在双腔装置内光束照射在膜面上并反射回光纤端面，并与光纤端面的反射光发生干涉，干涉光通过光环形器传输到光电探测器上并转化为电信号；双腔装置结构内光纤端面发射的平行光束照射在同一个膜面上，光纤端面在轴向上存在错位，该错位长度与激光器的波长匹配，使双腔装置输出的两路干涉信号呈一定的相位差；

双腔装置内含有一个固定在基台上的位移驱动器，所述位移驱动器促使光纤端面垂直于膜面移动；所述位移驱动器驱动两根光纤沿垂直于膜面方向以一定频率振动，其振动幅值所达到的调制信号相位变化大于π，其频率处于所检测膜面振动频带之外；两根光纤固定在位移驱动器上且不与基台固定；

通过对干涉光束转化的电信号采用相位解调算法，分析计算出膜面振动的幅值；其中，相位解调算法具体包括如下步骤：

各干涉仪输出信号为：

其中，A₁与A₂为干涉信号的直流分量，B₁与B₂为干涉信号的条纹对比度，是腔长为L1的FP干涉仪的初始相位，β是两个干涉仪的相位差，θ_t为待测相位量；S_t为膜面在FP腔轴向上的位移，M_t为双腔装置中位移驱动器施加的振动调制，n为腔介质光折射率，λ₀为光源的波长；

将等式(1)改写成下式

椭圆方程式表达为

I₁²+CI₂I₁+DI₂²+EI₁+FI₂+H＝0. (3)

对比等式(2)与(3)，得到

其中，等式(1)中的参数A1，A2，B1，B2和β，由等式(4)计算得到

一对含有待测相位信息θ_t的正交信号表达为

通过反正切算法，得到θ_t，通过滤波器滤除调制信号的频率信号M_t，进而由等式(1)计算出膜面的位移S_t；即膜面振动的幅值。