大量程高精度的低相干光纤在线绝对位移测量系统

论文摘要

本课题提出了一个新型的适用于大台阶测量的大量程高分辨率低相干光纤在线绝对位移测量系统。测量系统利用光纤光栅作内置反射镜集成了两个光路几乎重合的光纤迈克尔逊干涉仪,其中一个光纤迈克尔逊干涉仪利用自动反馈补偿环消除环境干扰对测量系统的影响,使系统适用于在线测量。另一个光纤迈克逊干涉仪完成测量工作。探测器接收到包含被测量信息的高相干度干涉信号和低相干度干涉信号,经光电转换和采集卡A/D转换后送入计算机解调得到被测位移量。系统将基于光纤迈克尔逊的高相干度干涉仪与基于宽带光源的低相干干涉仪相结合,不仅保证了高的测量分辨率,而且大大扩展了测量范围,解决了单频光干涉仪测量量程局限于λ/2的问题。该测量系统量程可达毫米量级,测量分辨率小于1 nm。

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ABSTRACT

1 引言

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

2 测量系统的提出

2.1 光纤单波迈克尔逊干涉仪

2.1.1 测量原理

2.1.2 该测量技术的优势与劣势

2.2 光纤低相干干涉仪

2.2.1 测量原理

2.2.2 该测量技术的优势与劣势

2.3 MEMS器件测量需求

3 测量系统分析

3.1 关键器件

3.1.1 波分复用

3.1.2 光隔离器

3.1.3 光纤布拉格光栅FBG

3.1.4 光环形器

3.1.5 压电陶瓷PZT

3.2 系统结构分析

3.3 测量系统的新颖性

3.3.1 全光纤共路设计

3.3.2 动相位跟踪补偿设计

3.3.3 高相干度干涉和低相干度干涉复用设计

4 自动相位跟踪反馈补偿环分析

4.1 二阶积分反馈电路

4.2 反馈环传递函数

4.3 反馈环稳定性验证

5 基于LabVIEW的位移解调程序设计

5.1 LabVIEW简介

5.2 程序设计

6 实验结果

6.1 反馈环稳定性

6.2 高相干度干涉信号和低相干度干涉信号

6.3 测量系统评价

7 结论

7.1 论文工作总结

7.2 展望

参考文献

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