CN109443404A - 一种带测量滑轨的光纤白光干涉装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带测量滑轨的光纤白光干涉装置，由宽带LED光源（1），光纤耦合器（2），光电探测器（3），镀膜的光纤反射端（4），扫描反射镜（5），带卡托（6）的测量滑轨（7）和倾斜光纤光栅（12）组成；其特征在于：宽带LED光源（1）与光纤耦合器（2）的第一端口（8）相连，光纤耦合器（2）的第二端口（9）与光电探测器（3）相连，光纤耦合器（2）的第三端口（10）刻有倾斜光纤光栅（12），光纤耦合器（2）的末端为镀膜的光纤反射端（4），光纤耦合器（2）的第四端口（11）与扫描反射镜（5）固定于带卡托（6）的测量滑轨（7）上；扫描反射镜（5）与测量滑轨（7）的夹角范围为85度至95度可调；光纤耦合器（2）的第三端口（10）的镀膜的光纤反射端（4）镀3‑4纳米厚的金膜；测量滑轨（7）的量程为0‑300mm。
Description
技术领域
本发明属于对应变和温度导致的光程变化测量的技术领域，具体涉及一种带测量滑轨的光纤白光干涉装置。
背景技术
基于迈克耳孙干涉仪在光谱学方面的贡献，迈克耳孙于1907年获得了诺贝尔物理学奖。近年来利用迈克耳孙干涉结构的光纤传感器开始迅速发展，拓宽了光纤的应用范围。
由于倾斜光纤光栅对外界温度、应变敏感，以及在热膨胀效应下光纤的延伸，使得其常数发生变化，波长均出现吸收或者加强，可实现光程变化，且具有抗电磁干扰等优点。
由于光纤迈克耳孙干涉仪的空气间隙与光程成线性关系，可以实现对应变导致的光程变化测量，具有结构简单，使用方便的特点。
光电探测器是能将光信号转化为电信号的光电器件,它的工作原理是基于光电效应,利用这个特性可以进行显示及控制的功能,光电探测器可以用来代替人眼,且具有光谱响应范围宽,灵敏度高,稳定性好的特点,已经被广泛应用。
由于迈克耳孙干涉仪对反射镜有严格的位置要求和空气间隙的长度要求，使光纤迈克耳孙干涉仪在调节时，极易产生测量误差，所以采用测量滑轨装置，既能直接测量出间距又可以保证反射镜的位置，提高测量的精确性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带有测量滑轨的光纤白光干涉装置，通过推动卡托改变反射镜的空气间隔，通过外界温度变化和应变，观察探测器干涉条纹从而测量白光干涉的光程变化，该结构易于实现，灵敏度高。
本发明通过以下技术方案实现：一种带测量滑轨的光纤白光干涉装置，由宽带LED光源(1)，光纤耦合器(2)，光电探测器(3)，镀膜的光纤反射端(4)，扫描反射镜(5)，带卡托(6)的测量滑轨(7)和倾斜光纤光栅(12)组成；其特征在于：宽带LED光源(1)与光纤耦合器(2)的第一端口(8)相连，光纤耦合器(2)的第二端口(9)与光电探测器(3)相连，光纤耦合器(2)的第三端口(10)刻有倾斜光纤光栅(12)，光纤耦合器(2)的末端为镀膜的光纤反射端(4)，光纤耦合器(2)的第四端口(11)与扫描反射镜(5)固定于带卡托(6)的测量滑轨(7)上；扫描反射镜(5)与测量滑轨(7)的夹角范围为85度至95度可调；光纤耦合器(2)的第三端口(10)的镀膜的光纤反射端(4)镀3-4纳米厚的金膜；测量滑轨(7)的量程为0-300mm。
本发明的工作原理是：基于所示的光纤迈克耳孙干涉系统，传感臂光纤的光程长度为：
L1=2nx1 (1)
式中n为光纤纤芯的折射率，x1为传感臂长度
参考臂由长度较短的参考光纤和参考光纤端面与扫描反射镜的空气间隙构成，总光程为：
L2＝2nx2+2X (2)
式中x2为参考光纤长度，X为空气间隙
调整扫瞄反射镜的位置，使传感臂与参考臂的光程匹配是，即可在探测器上出现白光条纹，
L1＝L2 (3)
此时白光干涉条纹在光电传感器的位置满足下列公式：
l＝2nx1-(2nx2+2X) (4)
当传感臂的光程受周围环境温度变化或在应变情况下引起变化时，传感器光程的变化量为：
ΔS＝Δ(nx1) (5)
干涉条纹的中央为零级条纹，具有最大的振幅，此时传感臂和参考臂光程精确相等。若发生变化，通过测量滑轨测量反射镜位置改变量得到传感器光程变化，即：
ΔS＝ΔX (6)
所以当在应变或温度变化下，通过观察光电探测器(3)干涉条纹，调整扫描反射镜(5)空气间隙，可以测量出光程变化。由测量滑轨装置的特点可缩短测量时间，减少测量误差。
本发明的有益效果是：本发明的设计以光纤耦合器为主要结构，以迈克耳孙干涉中白光干涉条纹与空间间隙之间的变化关系和倾斜光纤光栅为基础，及测量滑轨测量的优点，对光程进行精确测量，具有很强的创新性和实用价值，有良好的应用前景。
附图说明
图1是一种带测量滑轨的光纤白光干涉装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种带测量滑轨的光纤白光干涉装置，由宽带LED光源(1)，光纤耦合器(2)，光电探测器(3)，镀膜的光纤反射端(4)，扫描反射镜(5)，带卡托(6)的测量滑轨(7)和倾斜光纤光栅(12)组成；其特征在于：宽带LED光源(1)与光纤耦合器(2)的第一端口(8)相连，光纤耦合器(2)的第二端口(9)与光电探测器(3)相连，光纤耦合器(2)的第三端口(10)刻有倾斜光纤光栅(12)，光纤耦合器(2)的末端为镀膜的光纤反射端(4)，光纤耦合器(2)的第四端口(11)与扫描反射镜(5)固定于带卡托(6)的测量滑轨(7)上；扫描反射镜(5)与测量滑轨(7)的夹角范围为85度至95度可调；光纤耦合器(2)的第三端口(10)的镀膜的光纤反射端(4)镀3-4纳米厚的金膜；测量滑轨(7)的量程为0-300mm由测量滑轨装置的特点可缩短测量时间，减少测量误差。解决了迈克尔孙干涉仪对动镜的高机械精度要求，减少了仪器的复杂程度，同时也可缩短测量时间，减少测量误差。
Claims (1)
1.一种带测量滑轨的光纤白光干涉装置，由宽带LED光源（1），光纤耦合器（2），光电探测器（3），镀膜的光纤反射端（4），扫描反射镜（5），带卡托（6）的测量滑轨（7）和倾斜光纤光栅（12）组成；其特征在于：宽带LED光源（1）与光纤耦合器（2）的第一端口（8）相连，光纤耦合器（2）的第二端口（9）与光电探测器（3）相连，光纤耦合器（2）的第三端口（10）刻有倾斜光纤光栅（12），光纤耦合器（2）的末端为镀膜的光纤反射端（4），光纤耦合器（2）的第四端口（11）与扫描反射镜（5）固定于带卡托（6）的测量滑轨（7）上；扫描反射镜（5）与测量滑轨（7）的夹角范围为85度至95度可调；光纤耦合器（2）的第三端口（10）的镀膜的光纤反射端（4）镀3-4纳米厚的金膜；测量滑轨（7）的量程为0-300mm。
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