光纤迈克尔逊干涉仪非线性误差修正方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110701998A(43)申请公布日2020.01.17(21)申请号201911036469.X(22)申请日2019.10.28(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市西大直街92号(72)发明人胡鹏程董祎嗣杨睿韬乐志涛(51)Int.Cl.G01B9/02(2006.01)G01B11/02(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称光纤迈克尔逊干涉仪非线性误差修正方法(57)摘要光纤迈克尔逊干涉仪非线性误差修正方法属于光纤干涉测量技术领域；本发明在不需要改变第一反射镜和第二反射镜位置的前提下，通过给激光波长可调制光源进行波长预扫描，利用输出激光波长的连续变化使干涉仪的参考光束与测量光束之间的光程差产生连续的变化，使得探测器得到的干涉信号产生至少一个周期的相位变化，实现干涉信号特征参数的预提取，并利用预提取的特征参数在测量过程中实现非线性误差修正，进行高精度位移测量；本发明实现了对光纤迈克尔逊干涉仪干涉信号特征参数的预提取、能够有效解决干涉测量尤其是微小位移测量中非线性误差的修正问题，在精密测量领域具有显著的技术优势。CN110701998ACN110701998A权利要求书1/1页1.光纤迈克尔逊干涉仪非线性误差修正方法，光纤迈克尔逊干涉仪中包含：一个激光波长可调制的光源；光路结构，所述光路结构中包括：分束装置、第一反射装置和第二反射装置，其中，所述分束装置用于将所述光源发出的激光分离为参考光束和测量光束，所述第一反射装置用于反射所述参考光束，所述第二反射装置用于反射所述测量光束；一个能够检测干涉信号的光电探测器，所述干涉信号是经过所述第一反射装置反射得到的参考光束与所述第二反射装置反射得到的测量光束干涉形成的；其特征在于，所述方法包括：步骤一：打开所述光纤迈克尔逊干涉仪，连续改变所述光源的输出激光波长，进而改变所述参考光束与所述测量光束之间的相位差，使得所述相位差产生至少一个周期的连续变化；步骤二：提取所述干涉信号的特征参数；步骤三：利用所提取到的特征参数，对光纤迈克尔逊干涉仪位移测量过程中的非线性误差进行修正。2.根据权利要求1所述的光纤迈克尔逊干涉仪非线性误差修正方法，其特征在于：所述分束装置可以是：光纤耦合器、非偏振分光镜。3.根据权利要求1所述的光纤迈克尔逊干涉仪非线性误差修正方法，其特征在于：所述第一反射装置和第二反射装置可以是：平面镜、角锥棱镜、法拉第旋转镜。2CN110701998A说明书1/5页光纤迈克尔逊干涉仪非线性误差修正方法技术领域[0001]本发明属于光纤干涉测量技术领域，主要涉及一种光纤迈克尔逊干涉仪非线性误差修正方法。背景技术[0002]随着科学研究的快速发展和工业生产水平飞速提高，科研和工业领域对位移测量也提出了更高的要求，位移测量的最小变化量也正朝着纳米量级方向发展。光纤迈克尔逊干涉仪是利用激光干涉原理进行高精度位移测量的仪器，具有非接触、高精度等优点。一个光纤迈克尔逊干涉仪包含一个激光波长可调制光源；所述激光波长可调制光源进行波长的正弦调制；一个将波长可调制光源分为参考光束和测量光束的光纤耦合器；一个能够反射参考光束的第一反射镜；一个能够反射测量光束的第二反射镜，所述第二反射镜通常被固定于被测物体上，随被测物体一同运动；一个能够检测干涉信号的光电探测器，所述干涉信号是经过所述第一反射镜反射得到的参考光束与所述第二反射镜反射得到的测量光束干涉形成的；以及信号处理单元，耦接所述光电探测器，适于采集所述光电探测器输出的干涉信号。相比于其他激光干涉仪，由于其具有结构简单、电路处理容易、对环境的要求较低等诸多优点，因而更加广泛的应用于位移测量领域。然而，在实际应用中，非线性误差的存在却一直成为光纤迈克尔逊干涉仪实现高精度测量的关键问题。[0003]图1为典型的光源调制式光纤迈克尔逊干涉仪结构，正弦信号发生装置1产生正弦信号给到波长可调制激光器2，对波长可调制激光器2输出激光波长进行正弦调制，波长可调制激光器2发出的激光通过光纤耦合器3分光为参考光束和测量光束；其中参考光束经过第一准直器4准直，第一反射镜5反射，测量光束经过第二准直器6准直，第二反射镜7反射后，参考光束和测量光束原路返回到光纤耦合器3中发生干涉，并由光纤耦合器3另一端输出并入射光电探测器8，光电探测器8的输出信号理想形式如下：[0004][0005]信号进行相位生成载波解调单元9得到Um1和Um2信号；理想状态下，Um1和Um2可以表示为：[0006][0007][0008]其中，B为干涉信号的交流幅值，C为相位调制深度和，J1(C)和J2(C)为贝塞尔函数，和为一倍频和二倍频载波，其表达形式为：[0009]