低精细度光纤法布里-珀罗干涉位移测量模型分析

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作者 张靖 王建波 +4 位作者 殷聪 金涛 毕文文 刘璐 孔明 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第6期291-303,共13页

光纤法布里-珀罗干涉仪具有体积小、分辨率高和稳定性好的特点,在光纤位移传感领域中具有广泛应用潜力。文中分析了四种典型构型的低精细度光纤法布里-珀罗干涉仪在位移测量中的性能表现、干涉信号特性以及影响规律,为新型传感器头的设... 光纤法布里-珀罗干涉仪具有体积小、分辨率高和稳定性好的特点,在光纤位移传感领域中具有广泛应用潜力。文中分析了四种典型构型的低精细度光纤法布里-珀罗干涉仪在位移测量中的性能表现、干涉信号特性以及影响规律,为新型传感器头的设计开发提供理论与实验支撑。研究结合准直和聚焦两种位移传感模式,评估工作距离、目标反射物的反射率与倾斜角度对不同构型传感器头性能的影响。采用1550 nm激光器,结合仿真与实验,评估不同构型传感器头的干涉信号质量、角度容限及测量范围,重点探讨了目标反射物的反射率、倾斜角和工作距离对性能的影响。实验结果表明,在准直模式下,高反射率目标可通过自对准机制实现超过±0.5°的角度容限,测量范围超60 mm;低反射率目标对倾斜角变化高度敏感,倾斜角超过0.1°时,对比度降至0.2。聚焦模式对目标倾斜角度容限较高,对低反射率目标的角度容限可达±0.75°,工作距离内对比度保持在0.9以上。高反射率目标在散焦模式下,对比度峰值约为1.0。仿真数据与实验数据之间的差异小于5%,证明了模型的可靠性。实验结果表明,通过适当调整传感器头结构,可以满足不同应用需求,为新型传感器头的设计和测试流程提供指导。 展开更多

关键词 测量 计量学 光纤法布里-珀罗干涉仪 位移测量 光纤传感 干涉模型

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光纤位移干涉仪的研制及其在Hopkinson压杆实验中的应用 被引量：15

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作者 杨军 王克逸 +5 位作者 徐海斌 张德志 钟方平 马艳军 李焰 刘峻岭 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第1期102-107,共6页

为了满足爆炸冲击作用下结构体动态变形过程测试的需要,基于激光多普勒效应和外差技术,采用单模光纤器件、声光移频器(AOM)和高带宽光电转换器研制了一套可辨别速度方向的参考光调制式光纤位移干涉仪,它具有结构简单、动态响应快以及非... 为了满足爆炸冲击作用下结构体动态变形过程测试的需要,基于激光多普勒效应和外差技术,采用单模光纤器件、声光移频器(AOM)和高带宽光电转换器研制了一套可辨别速度方向的参考光调制式光纤位移干涉仪,它具有结构简单、动态响应快以及非接触式测量的优点。采用短时傅里叶变换算法编写了数据处理程序,并在Hopkinson压杆上进行了实验研究,获得了36.82 m/s的峰值速度,并对速度波形与应变片测量获得的结果及应力波理论计算结果进行了对比分析,验证了系统的可行性。钢筒爆炸实验获得了壁面振动的正负速度历程,验证了系统可以辨别物体运动方向。 展开更多

关键词 光纤位移干涉仪 激光多普勒效应 短时傅里叶变换 分离式HOPKINSON压杆 钢筒爆炸实验

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光纤位移干涉仪在爆轰加载飞片速度测量中的应用 被引量：13

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作者 王德田 李泽仁 +6 位作者 吴建荣 刘寿先 刘俊 蒙建华 彭其先 陈光华 刘乔 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期105-108,共4页

利用光学多普勒效应和外差方法搭建了一台光纤位移干涉仪。装置采用光通信行业中已经发展成熟的器件,主要由带尾纤的半导体激光器、三端口环形器、光纤探头、宽带探测器以及宽带高采样率示波器等构成。整个装置结构简单,价格便宜,采用... 利用光学多普勒效应和外差方法搭建了一台光纤位移干涉仪。装置采用光通信行业中已经发展成熟的器件,主要由带尾纤的半导体激光器、三端口环形器、光纤探头、宽带探测器以及宽带高采样率示波器等构成。整个装置结构简单,价格便宜,采用了信号光和参考光同轴结构,实现了任意反射面的速度测量,克服了偏振模式色散的影响,能够实现长量程测量,量程达到20 mm。利用该装置进行了爆轰加载下飞片速度测量,测量最高速度达到1300 m/s,工作距离达到20 mm,同时利用VISAR对飞片速度进行了对比测量,结果表明用两种不同方法所测得的速度曲线吻合很好。 展开更多

关键词 爆炸力学 光纤位移干涉仪 多普勒效应 爆轰加载飞片 外差技术 环形器

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可判向光纤位移干涉仪在振动测量中的应用 被引量：6

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作者 王德田 李泽仁 彭其先 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第10期86-89,共4页

提出了基于光学多普勒效应和外差方法设计的可判向光纤位移干涉仪,装置采用光通信行业中已经发展成熟的器件,主要有带尾纤的半导体激光器、1×2光纤耦合器、三端口环形器、光纤探头、3×3光纤耦合器、探测器以及示波器等构成。... 提出了基于光学多普勒效应和外差方法设计的可判向光纤位移干涉仪,装置采用光通信行业中已经发展成熟的器件,主要有带尾纤的半导体激光器、1×2光纤耦合器、三端口环形器、光纤探头、3×3光纤耦合器、探测器以及示波器等构成。在原有结构的基础上,增加了光纤放大器和光纤滤波器,大大提高了信号光光强。结合李萨如图形给出了可判向光纤位移干涉仪的信号处理方法。利用该干涉仪测量了压电陶瓷的振动,实验表明能够测量的最小振动峰峰值为0.43μm,并根据实验分析了干涉仪测量微位移的一些制约因素。研究表明,制约干涉仪测量微位移能力的主要因素是3×3光纤耦合器的非理想性,如3×3光纤耦合器输出干涉信号的位相差不恒定。 展开更多

关键词 多普勒效应 可判向光纤位移干涉仪 外差方法 3×3光纤耦合器 光纤放大器

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基于光纤Bragg光栅位移测量的研究 被引量：2

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作者 李志全 蔡璐璐 +1 位作者 高庆 吴飞 《应用光学》 CAS CSCD 2004年第6期26-30,共5页

　介绍了一种基于布喇格光纤光栅技术的位移测量方法。利用宽带光源经不同的布喇格光栅得到一种由温度稳定器控制波长稳定性的合成光源。由于系统设计的合成光源波长比常规光源的波长长,所以允许的光程差测量范围提高了几百倍,从而使得... 　介绍了一种基于布喇格光纤光栅技术的位移测量方法。利用宽带光源经不同的布喇格光栅得到一种由温度稳定器控制波长稳定性的合成光源。由于系统设计的合成光源波长比常规光源的波长长,所以允许的光程差测量范围提高了几百倍,从而使得布喇格光纤光栅的波长准确性提高了干涉仪位移测量的准确性。此外,利用光外差法马赫-曾德尔干涉仪进行了位移测量实验,得到了很好的效果。 展开更多

关键词 布喇格光纤光栅 位移测量 合成波长 马赫-曾德尔干涉仪 光外差

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楔块调整式Talbot干涉仪的光学设计 被引量：1

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作者 李川 张以谟 +2 位作者 田学飞 刘铁根 吴晟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2003年第5期453-456,共4页

为改变光纤光栅的写入Bragg波长,研制了包括一块相位模板和两块紫外反射平面镜的楔块调整式Talbot干涉仪。在写入光纤Bragg光栅的过程中,通过调整两平面镜的反射角度可改变由±1级衍射光束经两平面镜反射后形成的干涉条纹的周期。最... 为改变光纤光栅的写入Bragg波长,研制了包括一块相位模板和两块紫外反射平面镜的楔块调整式Talbot干涉仪。在写入光纤Bragg光栅的过程中,通过调整两平面镜的反射角度可改变由±1级衍射光束经两平面镜反射后形成的干涉条纹的周期。最后,放置在可调谐干涉区的光纤就可刻写成具有不同写入Bragg波长的光纤光栅。值得注意的是通过选择不同倾斜角α的楔形块,决定了光纤光栅的写入Bragg波长的改变率和干涉条纹棱脊位置的位移率。 展开更多

关键词 Talbot干涉仪 光纤BRAGG光栅 Bragg波长 位移 紫外反射镜 光学设计 楔块调整式

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光纤位移干涉仪测高速漫反射面速度误差分析 被引量：2

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作者 吴建荣 李泽仁 +1 位作者 王德田 刘寿先 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期35-40,144,共7页

首次从理论上分析基于单模光纤的位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的相位误差,包括来源和大小及其与系统各参量的关系。计算了光束从光纤出射,经漫反射面反射,再耦合进单模光纤的光场表达式。结果表明,相位误差的来源包括两部分:光... 首次从理论上分析基于单模光纤的位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的相位误差,包括来源和大小及其与系统各参量的关系。计算了光束从光纤出射,经漫反射面反射,再耦合进单模光纤的光场表达式。结果表明,相位误差的来源包括两部分:光束传输衍射效应及漫反射面表面的随机相位特性。由相位误差引起的位移和速度相对误差都在10-6量级,并且同时采用VISAR和光纤位移干涉仪来测量爆轰加载下铜飞片的速度轨迹。实验结果表明,单模光纤位移干涉仪的实际测量精度可以和VISAR相当,证明了单模光纤位移干涉仪用于高速漫反射面速度测量的可行性。 展开更多

关键词 激光测速 光纤位移干涉仪 相位误差 光束传播 漫反射面

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高灵敏度的光纤位移传感器 被引量：1

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作者 王桂荣 姚灵石 +1 位作者 王庭云 郑绳楦 《传感技术学报》 CAS CSCD 1996年第3期28-32,共5页

该传感器利用高稳定的单频He-Ne激光器作光源,以高隔离度的单模光纤定向耦合器作传光媒介,采用低零漂、低噪声的运放,六阶巴特沃兹滤波器、快速模/数变换电路及微机,对信号进行处理,使小位移测量的分辨力达到0.005nm,并能进行在线检测.

关键词 位移传感器 光纤 干涉仪

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光纤位移传感器 被引量：2

9

作者 王桂荣 王新生 《传感器技术》 CSCD 1996年第1期25-27,共3页

一种用于状态监测和精密测量的新型位移传感器已经研制成功。它基于全光纤法布里－珀罗干涉仪原理。其分辨率高达１０－１０ｍ级。由于信号光束和参考光束在同一根光纤中通过，所以消除了温度变化、微弯效应以及电磁干扰等环境影响，并... 一种用于状态监测和精密测量的新型位移传感器已经研制成功。它基于全光纤法布里－珀罗干涉仪原理。其分辨率高达１０－１０ｍ级。由于信号光束和参考光束在同一根光纤中通过，所以消除了温度变化、微弯效应以及电磁干扰等环境影响，并具有很高的测量稳定性。 展开更多

关键词 光纤 传感器 干涉仪 位移测量

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光纤微位移传感器原理性研究

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作者 顾月清 陶宝祺 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 1991年第S1期115-118,共4页

本文概述了光纤微位移传感器的设计过程及实验结果。该微位移传感器是采用普通单模光纤传输相干光,射到改进后的牛顿环上,由多模光纤接收两镜片反射光形成的干涉条纹,从而确定镜片移动的距离,它的精度可达到10^(-7m)。本文利用该装置对... 本文概述了光纤微位移传感器的设计过程及实验结果。该微位移传感器是采用普通单模光纤传输相干光,射到改进后的牛顿环上,由多模光纤接收两镜片反射光形成的干涉条纹,从而确定镜片移动的距离,它的精度可达到10^(-7m)。本文利用该装置对硬铝的膨胀系数作了测定,证明了该装置的可行性。 展开更多

关键词 光纤 干涉仪 传感器 微位移 干涉条纹

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偏正无关光纤干涉仪及其微位移测量应用

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作者 叶有祥 周盛华 梅海平 《上海理工大学学报》 CAS 北大核心 2018年第4期330-334,共5页

提出了一种与偏振无关的新型光纤干涉仪,采用端面镀膜的光纤自聚焦准直器,结合球凸透镜构成共光路光纤干涉仪,其探测光与参考光在同一根普通单模光纤中共光路传输,有效消除了偏振衰落影响。通过理论建模分析,并采用高精度的压电陶瓷作... 提出了一种与偏振无关的新型光纤干涉仪,采用端面镀膜的光纤自聚焦准直器,结合球凸透镜构成共光路光纤干涉仪,其探测光与参考光在同一根普通单模光纤中共光路传输,有效消除了偏振衰落影响。通过理论建模分析,并采用高精度的压电陶瓷作为稳定信号源,搭建了微位移测量平台,实测了三角波驱动电压信号与对应的干涉信号。研究了不同扫描电压下,压电陶瓷位移和驱动电压的关系。实验结果表明,该光纤干涉仪可实现微小位移的精密测量,在超精密机床振动、微型机械、传感等方面具有应用价值。 展开更多

关键词 微位移测量 光纤干涉仪 共光路干涉

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采用相位调制方法的光纤干涉仪 被引量：6

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作者 倪畅 张鸣 朱煜 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期820-826,共7页

为了实现小巧紧凑且使用灵活的大量程位移测量,提出了一种采用相位调制方法的光纤干涉仪。首先,介绍相位调制方法,分析内调制与外调制的特点,指出由于内调制的局限性,外调制更适于较大量程的位移测量。然后,用数学推导和MATLAB仿真对已... 为了实现小巧紧凑且使用灵活的大量程位移测量,提出了一种采用相位调制方法的光纤干涉仪。首先,介绍相位调制方法,分析内调制与外调制的特点,指出由于内调制的局限性,外调制更适于较大量程的位移测量。然后,用数学推导和MATLAB仿真对已有的位移解算算法中的反正切法与微分交叉相乘法进行分析,证明在毫米级量程的位移测量中反正切法优于微分交叉相乘法。最后,搭建了采用相位调制方法的光纤干涉仪,并进行了实验验证。实验结果表明:相比于微分交叉相乘法,反正切法更适用于毫米级以上量程的位移测量,基于相位调制的光纤干涉仪在毫米级步进运动中的相对误差最大为255.21nm,标准差为78.56nm,基本满足高精度大量程的位移测量需求。 展开更多

关键词 光纤干涉仪 相位调制方法 相位调制 位移解算 反正切法

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基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统 被引量：1

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作者 马英瀚 张树 +3 位作者 皮磊 阎晗 胡佳成 施玉书 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第12期1799-1804,共6页

为解决传统分离镜组式干涉仪体积较大,无法在空间受限的环境条件下应用的问题,开展了全光纤F-P干涉位移测量技术研究。根据干涉原理分析了不同反射率条件对干涉信号形式的影响,计算得出:当反射率为4%时,多光束干涉的光强信号将近似为正... 为解决传统分离镜组式干涉仪体积较大,无法在空间受限的环境条件下应用的问题,开展了全光纤F-P干涉位移测量技术研究。根据干涉原理分析了不同反射率条件对干涉信号形式的影响,计算得出:当反射率为4%时,多光束干涉的光强信号将近似为正弦函数,并利用有限元仿真对位移测量原理进行验证。设计搭建了基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统。实验结果表明:该系统在1 min内静态噪声电压标准差为23.3 mV;在1 mm位移范围内,该系统与XL-80激光干涉仪的测量结果呈现高度线性关系,线性相关系数R 2为1,且该系统位移测量重复性优于XL-80激光干涉仪。 展开更多

关键词 计量学 位移测量 光纤传感 F-P干涉技术 激光干涉仪 有限元仿真

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F-P干涉仪构成的光纤位移传感器 被引量：4

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作者 陈宁 江超 +2 位作者 刘昌宁 陶武强 申万梅 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第2期178-182,共5页

设计了一款基于光纤法布里-珀罗(F-P)干涉仪型的位移传感器。首先将单模光纤和无芯光纤拼接在一起,把无芯光纤的末端切成平面,然后把该结构固定在精密位移平台上,最后在无芯光纤末端位置处垂直放置一面全反镜,构成一个复合的F-P干涉仪... 设计了一款基于光纤法布里-珀罗(F-P)干涉仪型的位移传感器。首先将单模光纤和无芯光纤拼接在一起,把无芯光纤的末端切成平面,然后把该结构固定在精密位移平台上,最后在无芯光纤末端位置处垂直放置一面全反镜,构成一个复合的F-P干涉仪。实验中,调节精密位移平台上的千分尺来改变无芯光纤与平面镜镜面的距离,从而改变F-P干涉仪的腔长。实验结果表明,干涉仪的反射谱谐振峰中心波长随位移变化发生线性漂移,通过考察中心波长漂移量实现位移量的精确测量。实验获得传感器最大位移灵敏度为-80.95 pm/μm,测量最大位移量为160μm。设计的光纤位移传感器结构简单,易制作及灵敏度高,在航空航天、海底探测等精度要求较高的微位移测量场合具有一定的应用前景。 展开更多

关键词 位移传感器 法布里-珀罗(F-P)干涉仪 无芯光纤 位移量

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弹道侵彻下透明复合装甲动态变形参数的测量分析 被引量：3

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作者 张彬 彭刚 +5 位作者 冯家臣 王绪财 王伟 陈春晓 高波 卢振宇 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期121-125,131,共6页

基于弹道试验系统和全光纤位移干涉测速系统(AFDISAR),对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚碳酸酯(PC)、玻璃/PC两种结构的透明装甲样品开展弹道侵彻下变形速度、变形位移、应变、应变率等参数的测量试验。结果表明,样品在弹击形貌上均表现出... 基于弹道试验系统和全光纤位移干涉测速系统(AFDISAR),对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/聚碳酸酯(PC)、玻璃/PC两种结构的透明装甲样品开展弹道侵彻下变形速度、变形位移、应变、应变率等参数的测量试验。结果表明,样品在弹击形貌上均表现出以弹着点为中心向外扩展的破坏,在AFDISAR有效测量的数据区间内,样品测点的变形速度均呈先增大后减小的趋势,且沿中心测点径向递减,测点的变形位移、应变均呈现逐渐增大趋势;样品测点附近应变率整体呈增大趋势,PMMA/PC结构样品的应变率曲线存在两极点,玻璃/PC结构样品的应变率曲线存在波动,极点或波动出现的时刻均与测点变形速度达到最大值的时刻相关,与样品主要抗弹机理发生转变的时刻相关。与玻璃/PC结构样品的试验结果相比,PMMA/PC结构样品测点的最大变形速度高、最大静态变形位移大,PMMA/PC结构样品在相同应变下的应变率高,此外,两样品相应测点达到最大变形速度的时间相近。相关测试方法和测试数据对透明复合装甲的研发及防护结构的设计、仿真、性能评估等具有支撑作用。 展开更多

关键词 弹道侵彻 全光纤位移干涉测速系统 动态变形 应变率 抗弹机理

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毛细石英管构成的高灵敏度位移传感器 被引量：1

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作者 王媛 江超 +3 位作者 陈宁 王解 叶文豪 郭小珊 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第9期11-14,28,共5页

设计了一款基于光纤F-P干涉仪型的位移传感器。首先,将单模光纤和毛细石英管熔接在一起,用飞秒激光微加工技术把毛细石英管切成长度为100μm,端面为光滑平面;然后,把该结构固定在精密位移平台上,在毛细石英管末端面位置处垂直放置一面... 设计了一款基于光纤F-P干涉仪型的位移传感器。首先,将单模光纤和毛细石英管熔接在一起,用飞秒激光微加工技术把毛细石英管切成长度为100μm,端面为光滑平面;然后,把该结构固定在精密位移平台上,在毛细石英管末端面位置处垂直放置一面全反镜,构成一个复合的F-P干涉仪。在实验时,通过调节精密位移平台上的千分尺改变毛细石英管与平面镜镜面的距离,从而改变F-P干涉仪的腔长。实验发现传感器反射谱谐振峰的中心波长随位移变化发生线性漂移,通过考察中心波长漂移量实现位移量的精确测量。实验获得传感器的最大位移灵敏度为254 pm/μm,测量的最大位移量为90μm。设计的光纤位移传感器结构简单、易于制作、灵敏度高,在航空航天、海底探测、工业精密加工等精度要求高的微位移测量场合具有一定的应用前景。 展开更多

关键词 位移传感器 法布里-珀罗干涉仪 毛细石英管 光纤熔接 位移量

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