提出了一种基于频分复用技术的激光反馈干涉二维动态位移测量方法。激光器输出的光被分为两路,分别以±1级自准直衍射角入射至反射光栅,并沿原光路返回至腔内产生激光反馈干涉效应。在±1级衍射光路中放置电光晶体对光束相位进行高频调制,利用频分复用技术实现二维动态位移的测量。实验结果表明,所提方法能够重构出物体的二维动态位移,位移分辨率可达10 nm量级。所提方案通过在激光反馈干涉仪中引入衍射光栅,提高了激光反馈干涉测量系统的稳定性和抗环境干扰能力,同时也为使用单光源进行多维度微位移测量提供了新的思路。

研究了一种新的基于激光器结电压测量的自混合干涉传感技术,通过测量激光二极管结电压的变化来获得激光自混合干涉信号。传统的自混合干涉技术通常通过测量外置或内置光电探测器的光电流来获得激光自混合干涉信号。本文通过测量垂直腔面发射激光器的PN结电压来获得激光自混合干涉信号,简化了自混合干涉系统的结构并提高了系统的可靠性。本文还评估了该系统的信噪比,比较了激光二极管的结电压信号与内置光电探测器的光电流信号,结果发现两者一致。

通过在激光反馈干涉(LFI)系统中引入衍射光栅,提出了一种基于利特罗结构的激光反馈光栅干涉(LFGI)技术,用于一维和二维精密位移的测量。半导体激光器出射的光束以利特罗条件入射至反射式全息光栅,衍射光沿入射光方向返回激光腔后,腔内会发生激光反馈干涉效应。引入正弦相位调制解调技术,高精度地测量一维和二维微位移。利特罗结构和LFGI系统具有自准直性好、结构紧凑、易于操作和系统稳定性高的优点。实验结果表明,利特罗式LFGI系统的位移测量精度可以达到10 nm量级。

In some applications in structural health monitoring (SHM), the acoustic emission (AE) detection technology is used in the high temperature environment. In this paper, a high-temperature-resistant AE sensing system is developed based on the fiber Bragg grating (FBG) sensor. A novel high temperature FBG AE sensor is designed with a high signal-to-noise ratio (SNR) compared with the traditional FBG AE sensor. The output responses of the designed sensors with different sensing fiber lengths also are investigated both theoretically and experimentally. Excellent AE detection results are obtained using the proposed FBG AE sensing system over a temperature range from 25℃ to 200℃. The experimental results indicate that this FBG AE sensing system can well meet the application requirement in AE detecting areas at high temperature.

研制了一种实用性强的零差激光干涉仪, 采用立方角锥棱镜代替平面反射镜, 克服了传统激光干涉仪光路调节困难的问题, 并将其应用到大量程的位移测量中。研究了该改进型零差激光干涉仪的位移测量原理及信号处理方法。实验中, 使用PI公司高精度的商用导轨来标定测量结果, 通过比较测量结果来验证干涉仪的性能。实验结果表明, 在百毫米级大范围位移测量中该干涉仪的位移测量精度可以达到小于0.7 μm。对测量过程中各种可能的误差来源进行了详细的分析, 分析结果与实验相符。

Micro-displacement measurement based on self-mixing interference using a fiber laser system was demonstrated. The sinusoidal phase modulation technique was introduced into the fiber laser self-mixing interference measurement system to improve the measurement resolution. The phase could be demodulated by the Fourier analysis method. Error sources were evaluated in detail, and the system was experimentally applied to reconstruct the motion of a high-precision commercial piezoelectric ceramic transducer (PZT). The displacement measurement resolution was well beyond a half-wavelength. It provides a practical solution for displacement measurement based on all optical-fiber sensing applications with high precision.

采用正弦相位调制技术与时域解调相位方法相结合，提高激光自混合干涉仪在大量程位移测量中实时测量的准确度和速度。通过在激光器外腔中放置的电光晶体调制器对光束进行正弦相位调制，采用时域解调相位方法解调干涉信号相位。同时满足了大量程位移测量过程中的速度要求以及实现干涉仪位移测量的实时性。实验上，用PI公司高分辨率的商用电动位移平台标定的结果验证了该正弦相位调制激光自混合干涉仪在百毫米级大尺度位移测量中可达到小于0.5 μm的位移测量误差。对干涉仪在实时位移测量中的影响测量速度的因素进行了分析，得出了本干涉仪的测速上限。

激光自混合干涉技术是近年来兴起的一种具有很高应用价值的干涉测量技术。为提高自混合干涉的位移测量精度，在环形腔光纤激光器自混合干涉系统中引入正弦相位调制技术。分析了干涉信号的相位调制和基于傅里叶变换的解调算法，讨论了相位调制器的调制噪声和多重反馈等因素对自混合干涉测量精度的影响。使用环形腔掺铒光纤激光器和光纤相位调制器构建了实验系统，对高精度商用微位移平台的振动进行了测量，在频域中获取了自混合干涉信号的相位，并重构了位移平台的位移，获得了λ/20的位移测量精度。实验结果表明，该系统提供了一种可靠的基于全光纤传感应用的高精度位移测量方法。

介绍了正弦相位调制型激光自混合干涉仪位移测量原理、光路搭建和信号处理方法。正弦相位调制由外腔中的电光晶体引入，调制后的自混合干涉信号采用傅里叶分析的方法完成相位解调。这项技术已经应用于纳米精度微位移测量，为了拓展其应用领域，将该技术应用于大范围位移测量。在实验过程中，使用自混合干涉仪和Agilent 5529A校准仪同时对大尺度和小尺度范围内的位移进行测量，通过比较测量结果来检验干涉仪的性能。实验结果表明，在普通的实验室噪声环境中，自混合干涉仪在毫米范围内的位移测量精度在亚微米量级，在微米和纳米范围内的位移测量精度分别可以达到18 nm和7 nm。并分析了位移测量过程中的误差来源，分析结果与实验相符。