專利名稱：抗偏振影響的微振動測量和保真拾取單模光纖干涉儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及干涉型光纖傳感技術，更具體地說一種用于微振動測量和保真拾取的單模光纖干涉儀。
背景技術：
機械振動是多個領域中的重要的監(jiān)測對象。目前，對于振幅在1微米以上的振動，可以使用傳統(tǒng)的壓電式或磁電式的振動測量儀進行測量；對于振動幅值在1微米以下的微振動信號的測量，一般需用干涉式的、價格比較昂貴的激光振動測量儀來進行。
對于某些特定場合，如聲場中大型固定物振動響應的測量、建筑物內分布式振動信號監(jiān)測等，其被測量的振幅常常小于50納米，加之對便攜性和性價比的要求，現(xiàn)有的振動測量儀難于滿足這些要求。從靈敏度、便攜性和性價比等幾方面來說單模光纖傳感技術是合適的選擇，但是應用單模光纖傳感技術，必須克服兩大技術難題1、環(huán)境擾動導致偏振態(tài)隨機變化而引發(fā)的信號衰落當環(huán)境的溫度和施加應力發(fā)生變化時，光纖內雙折射的改變使傳播光的偏振態(tài)隨之變化，此時可導致干涉紋反襯度(即干涉信號幅度)的起伏，當干涉信號幅度下降時，信號檢測的靈敏度也會下降，這就是偏振態(tài)引發(fā)的信號衰落。
2、環(huán)境擾動導致相位隨機變化而引發(fā)的信號衰落由于系統(tǒng)所檢測的振動信號非常微弱，信號引起的光纖長度變化常常僅有千分之一波長的量級以下，而環(huán)境擾動導致的光纖長度變化常常可達波長量級以上，此時就可引發(fā)干涉信號衰落。
為克服以上第一個難點，一般采用保偏光纖或KDP偏振態(tài)高速調制等方法。但這些方法的通病不僅在于價格昂貴，而且還存在一些難以克服的技術應用難點。針對第二個難點，一般采用相位跟蹤、合成差拍或相位載波調制等方法。
依現(xiàn)有技術，由于單模光纖無法保持傳輸光的偏振狀態(tài)，當環(huán)境條件改變時，其偏振態(tài)的改變將引發(fā)干涉信號的衰落，因此，常常認為單模光纖干涉儀，如不加偏振控制或偏振補償等措施，難有實用價值。
發(fā)明內容
本實用新型所要解決的技術問題是避免上述現(xiàn)有技術中所存在的不足之處，提供一種具有實用意義、價格相對低廉、用于對振幅小于50納米量級的微振動信號進行準確測量以及保真拾取的抗偏振影響的微振動測量和保真拾取單模光纖干涉儀。
本實用新型解決技術問題所采用的技術方案是本實用新型的結構特點是采用單模光纖光路，以激光器為光源，由單模光纖耦合器將激光分成兩路，一路經參考臂至半反鏡；另一路經設置有準直器A的信號臂至半反鏡，所形成的干涉信號在光電檢測器中以調頻電信號輸出；本實用新型的結構特點還在于在所述參考臂中，依次設置以高頻信號驅動器驅動、為產生高頻干涉信號的壓電陶瓷相位調制器、準直器A，以及由光電檢測器的高頻干涉信號反饋控制旋轉角度、用以調整參考光偏振態(tài)的半波片。
理論分析和實驗研究表明，在本產品的使用環(huán)境中，環(huán)境擾動導致的相位隨機變化是低頻信號，而環(huán)境擾動導致的偏振態(tài)隨機變化是頻率更低的慢變信號。針對這個特點，本實用新型采用高頻相位載波調制配合后繼的解調電路，以消除相位隨機變化引發(fā)的信號衰落，并同時利用這一干涉信號的幅值大小，反饋控制半波片的自動旋轉，調整參考光的偏振態(tài)，使干涉信號的幅值最大，通過信號處理和控制電路鎖定這個狀態(tài)，以此抑制了偏振態(tài)隨機變化引發(fā)的信號衰落。這種方法使單模光纖干涉儀具有了很好的實用性。
與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在1、本實用新型采用普通的單模光纖，通過反饋控制半波片的旋轉，鎖定干涉信號在最大幅值處，抑制了偏振態(tài)隨機變化引發(fā)的信號衰落，得到了實用而廉價的微振動測量和保真拾取單模光纖干涉儀。
2、本實用新型通過以高頻信號驅動壓電陶瓷相位調制器，使參考臂和信號臂之間的激光產生高頻干涉信號，此干涉信號配合后繼的解調電路能夠消除環(huán)境擾動導致相位隨機變化而引發(fā)的信號衰落，又可以根據其幅值的大小，控制半波片的旋轉，將其幅值鎖定在最大，這就抑制了環(huán)境擾動導致偏振態(tài)隨機變化而引發(fā)的信號衰落。
附圖
為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
參見附圖，本實施例是采用單模光纖，以激光器1為光源，由單模光纖耦合器2將激光分成兩路，一路經設置有A準直器11的信號臂6至半反鏡10；另一路經參考臂3至半反鏡10；信號光和參考光所形成的干涉信號在光電檢測器12中以調頻電信號輸出。
圖中示出，在參考臂3中，依次設置以高頻信號驅動器4驅動、為產生高頻干涉信號的壓電陶瓷相位器調制器5、B準直器7，以及由光電檢測器的高頻干涉信號反饋控制旋轉角度、用以調整參考光偏振態(tài)的半波片8。
具體實施中，設置控制電機9，可以采用步進電機，以步進電機接受來自信號處理控制電路13的調頻信號，進而自動控制半波片8旋轉。
此外，當使用半導體激光作為光源時，信號臂和參考臂的光程應基本一致；壓電陶瓷上纏繞光纖的長度和驅動電壓應配合予以一并考慮，要保證產生一個周期以上的相位差；半波片可以采用零級石英波片；各光學器件表面鍍增透膜。
本實用新型的光路基本構成為光纖馬赫——澤德干涉儀，其中的參考臂和信號臂為普通的單模光纖。采用高頻相位載波調制消除相位隨機變化引發(fā)的信號衰落，并利用這一干涉信號的幅值大小，確定偏振態(tài)狀態(tài)，且進一步控制電機旋轉半波片，調整參考臂輸出光的偏振態(tài)，使干涉信號的幅值最大，通過信號處理和控制電路鎖定這個狀態(tài)，以此抑制偏振態(tài)隨機變化引發(fā)的信號衰落。
權利要求1.抗偏振影響的微振動測量和保真拾取單模光纖干涉儀，其特征是采用單模光纖光路，以激光器(1)為光源，由單模光纖耦合器(2)將激光分成兩路，一路經設置有準直器A(11)的信號臂(6)至半反鏡(10)；另一路經參考臂(3)至所述半反鏡(10)；信號光和參考光所形成的干涉信號在光電檢測器(12)中以調頻電信號輸出；在所述參考臂(3)中，依次設置以高頻信號驅動器(4)驅動、為產生高頻干涉信號的壓電陶瓷相位調制器(5)、準直器B(7)，以及由光電檢測器(12)及其后繼的信號處理控制電路(13)輸出的高頻干涉信號反饋控制旋轉角度、用以調整參考光偏振態(tài)的半波片(8)。
2.根據權利要求1所述的抗偏振影響的微振動測量和保真拾取單模光纖干涉儀，其特征是設置用以控制半波片(8)自動旋轉的驅動電機(9)。
專利摘要抗偏振影響的微振動測量和保真拾取單模光纖干涉儀，其特征是采用單模光纖，以激光器為光源，由單模光纖耦合器將激光分成兩路，分別經參考臂和信號臂至半反鏡；所形成的干涉信號在光電檢測器中以調頻電信號輸出；在參考臂中，依次設置以高頻信號驅動、為產生高頻干涉信號的壓電陶瓷相位器調制器、準直器，以及由光電檢測器的高頻干涉信號幅值反饋控制旋轉角度、用以調整參考光偏振態(tài)的半波片。本實用新型是一種具有實用意義、價格相對低廉、用于對振幅小于50納米量級的微振動信號進行準確測量以及保真拾取的單模光纖干涉儀。
文檔編號G02B6/26GK2612938SQ0322186
公開日2004年4月21日 申請日期2003年5月14日 優(yōu)先權日2003年5月14日
發(fā)明者俞本立 申請人:安徽大學