抗偏振影响的微振动测量和保真拾取单模光纤干涉仪的制作方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:抗偏振影响的微振动测量和保真拾取单模光纤干涉仪的制作方法
技术领域
本实用新型涉及干涉型光纤传感技术,更具体地说一种用于微振动测量和保真拾取的单模光纤干涉仪。
背景技术
机械振动是多个领域中的重要的监测对象。目前,对于振幅在1微米以上的振动,可以使用传统的压电式或磁电式的振动测量仪进行测量;对于振动幅值在1微米以下的微振动信号的测量,一般需用干涉式的、价格比较昂贵的激光振动测量仪来进行。
对于某些特定场合,如声场中大型固定物振动响应的测量、建筑物内分布式振动信号监测等,其被测量的振幅常常小于50纳米,加之对便携性和性价比的要求,现有的振动测量仪难于满足这些要求。从灵敏度、便携性和性价比等几方面来说单模光纤传感技术是合适的选择,但是应用单模光纤传感技术,必须克服两大技术难题1、环境扰动导致偏振态随机变化而引发的信号衰落当环境的温度和施加应力发生变化时,光纤内双折射的改变使传播光的偏振态随之变化,此时可导致干涉纹反衬度(即干涉信号幅度)的起伏,当干涉信号幅度下降时,信号检测的灵敏度也会下降,这就是偏振态引发的信号衰落。
2、环境扰动导致相位随机变化而引发的信号衰落由于系统所检测的振动信号非常微弱,信号引起的光纤长度变化常常仅有千分之一波长的量级以下,而环境扰动导致的光纤长度变化常常可达波长量级以上,此时就可引发干涉信号衰落。
为克服以上第一个难点,一般采用保偏光纤或KDP偏振态高速调制等方法。但这些方法的通病不仅在于价格昂贵,而且还存在一些难以克服的技术应用难点。针对第二个难点,一般采用相位跟踪、合成差拍或相位载波调制等方法。
依现有技术,由于单模光纤无法保持传输光的偏振状态,当环境条件改变时,其偏振态的改变将引发干涉信号的衰落,因此,常常认为单模光纤干涉仪,如不加偏振控制或偏振补偿等措施,难有实用价值。

发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是避免上述现有技术中所存在的不足之处,提供一种具有实用意义、价格相对低廉、用于对振幅小于50纳米量级的微振动信号进行准确测量以及保真拾取的抗偏振影响的微振动测量和保真拾取单模光纤干涉仪。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是本实用新型的结构特点是采用单模光纤光路,以激光器为光源,由单模光纤耦合器将激光分成两路,一路经参考臂至半反镜;另一路经设置有准直器A的信号臂至半反镜,所形成的干涉信号在光电检测器中以调频电信号输出;本实用新型的结构特点还在于在所述参考臂中,依次设置以高频信号驱动器驱动、为产生高频干涉信号的压电陶瓷相位调制器、准直器A,以及由光电检测器的高频干涉信号反馈控制旋转角度、用以调整参考光偏振态的半波片。
理论分析和实验研究表明,在本产品的使用环境中,环境扰动导致的相位随机变化是低频信号,而环境扰动导致的偏振态随机变化是频率更低的慢变信号。针对这个特点,本实用新型采用高频相位载波调制配合后继的解调电路,以消除相位随机变化引发的信号衰落,并同时利用这一干涉信号的幅值大小,反馈控制半波片的自动旋转,调整参考光的偏振态,使干涉信号的幅值最大,通过信号处理和控制电路锁定这个状态,以此抑制了偏振态随机变化引发的信号衰落。这种方法使单模光纤干涉仪具有了很好的实用性。
与已有技术相比,本实用新型的有益效果体现在1、本实用新型采用普通的单模光纤,通过反馈控制半波片的旋转,锁定干涉信号在最大幅值处,抑制了偏振态随机变化引发的信号衰落,得到了实用而廉价的微振动测量和保真拾取单模光纤干涉仪。
2、本实用新型通过以高频信号驱动压电陶瓷相位调制器,使参考臂和信号臂之间的激光产生高频干涉信号,此干涉信号配合后继的解调电路能够消除环境扰动导致相位随机变化而引发的信号衰落,又可以根据其幅值的大小,控制半波片的旋转,将其幅值锁定在最大,这就抑制了环境扰动导致偏振态随机变化而引发的信号衰落。
附图
为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
参见附图,本实施例是采用单模光纤,以激光器1为光源,由单模光纤耦合器2将激光分成两路,一路经设置有A准直器11的信号臂6至半反镜10;另一路经参考臂3至半反镜10;信号光和参考光所形成的干涉信号在光电检测器12中以调频电信号输出。
图中示出,在参考臂3中,依次设置以高频信号驱动器4驱动、为产生高频干涉信号的压电陶瓷相位器调制器5、B准直器7,以及由光电检测器的高频干涉信号反馈控制旋转角度、用以调整参考光偏振态的半波片8。
具体实施中,设置控制电机9,可以采用步进电机,以步进电机接受来自信号处理控制电路13的调频信号,进而自动控制半波片8旋转。
此外,当使用半导体激光作为光源时,信号臂和参考臂的光程应基本一致;压电陶瓷上缠绕光纤的长度和驱动电压应配合予以一并考虑,要保证产生一个周期以上的相位差;半波片可以采用零级石英波片;各光学器件表面镀增透膜。
本实用新型的光路基本构成为光纤马赫——泽德干涉仪,其中的参考臂和信号臂为普通的单模光纤。采用高频相位载波调制消除相位随机变化引发的信号衰落,并利用这一干涉信号的幅值大小,确定偏振态状态,且进一步控制电机旋转半波片,调整参考臂输出光的偏振态,使干涉信号的幅值最大,通过信号处理和控制电路锁定这个状态,以此抑制偏振态随机变化引发的信号衰落。
权利要求1.抗偏振影响的微振动测量和保真拾取单模光纤干涉仪,其特征是采用单模光纤光路,以激光器(1)为光源,由单模光纤耦合器(2)将激光分成两路,一路经设置有准直器A(11)的信号臂(6)至半反镜(10);另一路经参考臂(3)至所述半反镜(10);信号光和参考光所形成的干涉信号在光电检测器(12)中以调频电信号输出;在所述参考臂(3)中,依次设置以高频信号驱动器(4)驱动、为产生高频干涉信号的压电陶瓷相位调制器(5)、准直器B(7),以及由光电检测器(12)及其后继的信号处理控制电路(13)输出的高频干涉信号反馈控制旋转角度、用以调整参考光偏振态的半波片(8)。
2.根据权利要求1所述的抗偏振影响的微振动测量和保真拾取单模光纤干涉仪,其特征是设置用以控制半波片(8)自动旋转的驱动电机(9)。
专利摘要抗偏振影响的微振动测量和保真拾取单模光纤干涉仪,其特征是采用单模光纤,以激光器为光源,由单模光纤耦合器将激光分成两路,分别经参考臂和信号臂至半反镜;所形成的干涉信号在光电检测器中以调频电信号输出;在参考臂中,依次设置以高频信号驱动、为产生高频干涉信号的压电陶瓷相位器调制器、准直器,以及由光电检测器的高频干涉信号幅值反馈控制旋转角度、用以调整参考光偏振态的半波片。本实用新型是一种具有实用意义、价格相对低廉、用于对振幅小于50纳米量级的微振动信号进行准确测量以及保真拾取的单模光纤干涉仪。
文档编号G02B6/26GK2612938SQ0322186
公开日2004年4月21日 申请日期2003年5月14日 优先权日2003年5月14日
发明者俞本立 申请人:安徽大学

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