1 安徽大学 光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
2 安徽大学 信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230601
3 安徽至博光电科技股份有限公司, 安徽 合肥 230088
为了消除光束倾角带来的不确定性，本文建立了一种双路偏振式激光多普勒测速系统。该系统使用双光束双探头结构来探测物体的运动信息。首先，通过转动实验精确获得双光束间的夹角大小，对于任意光束倾角，本文采用双探头装置收集运动物体表面的散射光束，结合双路偏振式光路结构，得到两路干涉信号的多普勒频移。然后，创新性采用了细化分帧算法对两路干涉信号进行实时解调，通过两路速度分量的合成得到物体真实速度。实验结果表明：速度在10 mm/min~1500 mm/min范围内，测量值与理论值之间的平均误差可以达到1%~5%。在非平稳运动过程中，通过细化分帧算法修正后的v-t图像RMSE均值为1.19 mm/min。该系统结构满足速度测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。
激光多普勒测速 双路偏振 细化分帧 双探头 Laser Doppler Velocimetry(LDV) dual polarization refine framing double probe
1安徽大学 信息材料与智能感知安徽省实验室，安徽 合肥 230601
变焦物镜是偏振成像系统的重要组成部分，目前因变焦物镜使用较多非球面而导致价格较为昂贵。为了降低偏振成像系统变焦物镜的加工成本，设计了一款用于偏振成像系统的20 mm~200 mm变焦物镜。采用正组补偿，利用Zemax优化变焦系统，最终系统仅使用7片球面透镜，并达到良好像质，系统调制传递函数（MTF）在120 lp/mm处大于0.3，畸变小于4%，系统凸轮曲线平滑无断点。系统公差分析结果表明，公差范围设置为：镜片表面光圈公差为2，镜片或空气中心厚度公差为±0.02 mm，透镜表面中心倾斜公差为±0.025°，透镜装调公差为±0.025 mm，透镜折射率偏差为0.002，公差设置符合元件加工和系统装调工艺，对降低偏振成像系统成本具有一定的参考价值。
安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
提出并制作了一种基于法布里珀罗腔的非膜片式全光纤结构音频传感器。通过对该音频传感器的音频信号响应特性进行测试,实验结果表明该传感器在噪声限制下,最小可检测声压可达38.9 μPa/Hz1/2, 且由于采用是全光纤结构因而具有良好的温度稳定性,相比于膜片式光纤音频传感器,其结构简单,容易制作,并且具有良好的线性声压响应等优点,表明该传感器在音频检测领域具有潜在的应用价值。
纤维与导波光学 音频传感器 法布里-珀罗腔 波长漂移 fiber and waveguide optics acoustic sensor Fabry-Perot cavity wavelength shift
安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230601
提出了一种基于套嵌光纤光栅的光纤电流传感器,用二次曝光法制作的长周期光栅和 布拉格光栅套嵌而成的光纤光栅作为传感元件,在套嵌的光栅表面沉积一层高电阻镍铁合金作为 加热电极层。电流通过时对光栅区域加热,引起光栅光谱中心波长漂移,实现了高灵敏度的电流测量。 实验结果表明:所设计的光纤电流传感器电流响应灵敏度达到7.2×10-2 nm/mA, 且具有结构简单、体积小等优点,在高灵敏度的光纤电流检测领域具有广泛的应用价值。
纤维与波导光学 光纤电流传感器 套嵌光纤光栅 镍铁合金层 波长漂移 fiber and waveguide optics fiber-optic current sensor nested fiber grating Ni-Fe alloy wavelength shift
1 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室,安徽 合肥 230601
2 北京市微技术研究所,北京 100200
基于保偏光纤中正交偏振模干涉,提出了一种简单、新颖的光纤光栅动态应变解调系统, 并且通过实验证实了该方案的可行性。该解调系统光学核心部分仅由一段带有反射镜的高双折射光纤和 一个光纤起偏器构成。实验中动态应变解调分辨率达到了0.5nε/Hz,频率范围为0.1～7.9 kHz微纳 幅度振动信号获得了保真拾取。实验表明,该系统适合宽频率范围、 微纳幅度的动态应变检测,为光纤光栅传感提供了一种简单、经济、适用范围更广的解调方案。
纤维与波导光学 偏振模干涉 光纤光栅 动态应变 传感系统 fiber and waveguide optics interference of polarized mode fiber Bragg grating dynamic strain interrogating sensor system
安徽大学 光电信息获取与控制教育部重点实验室，安徽 合肥 230039
针对激光自混合速度传感应用，采用新型垂直腔面发射激光器作为自混合干涉系统光源，对采用不同散射表面类型和工作电流所获得的自混合测速实验结果进行了研究。研究结果表明，黑色相纸材质的散射表面会对自混合信号产生不利影响；选择激光器的工作电流在阈值电流1~1.4倍时能获得较大且稳定的自混合信号。考虑该测速系统实际应用中存在开机预热时间，讨论了激光自混合系统的开机重复度。结果表明，开机后17 s左右，频率计计量的多普勒频率趋于准确和稳定。此研究结果可为垂直腔面发射半导体激光器自混合测速系统的光源选择和参数优化提供指导。
光学测量 垂直腔面发射激光器 自混合效应 速度测量仪 optical measurement Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser(VCSEL) self-mixing velocimeter
安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
基于自混合现象的新型干涉技术, 由于其结构简单、低成本的优点, 目前在位移、速度、振动、距离等测量领域得到广泛应用。采用边发射半导体激光器作为激光 自混合速度测量系统的激光光源, 针对不同表面类型、采样时间、注入电流、信号处理系统对自混合 测速结果的影响进行实验研究和讨论分析。结果表明不同反馈和采样时间 (0.1 s, 1 s) 均能满足高 精度测速要求。同时, 实验中采用合适的激光工作电流 (激光器阈值电流1.1倍以上) 并结合零点控制 技术能够获得信噪比更大激光自混合测速信号。这些结论对深入分析自混合信号的产生机理以及半导体 激光自混合测量系统的优化具有参考意义。
光学测量 边发射半导体射激光器 自混合 速度测量仪 optical measurement edge emitting laser self-mixing velocimeter
1 安徽大学 光电信息获取与控制教育部重点实验室，合肥 230039
2 中国科学技术大学 光子技术研究所，合肥 230026
本文对所研制的半导体激光自混合测速系统在4.06 ~475.3 mm/s 的速度范围内获得了1%左右的速度精度进行了报道。同时，我们针对激光自混合测速系统的试验装置对速度测量精度进行系统研究，重点讨论了激光光谱谱宽、速度分布、散斑、电子学线路对多普勒信号展宽的影响。分析结果表明，散斑信号在待测速度较小时所造成的多普勒信号展宽是激光自混合测速系统测速精度下降的主要原因。采用提高采样时间以及改进电子学处理系统的方式，是提高激光自混合测速系统精度的一个较好途径。
半导体激光器 自混合 速度测量 自混合信号 semiconductor laser self-mixing velocity measurement self-mixing signal
安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室, 安徽 合肥 230039
基于传统的迈克尔逊干涉仪, 提出了微振动的四路平衡测量法。该方法无需PZT外加高频载波调制, 通过在光路上获得的四路正交信号来取代常见的由相位载波零差解调法在电路上获得的两路正交信号, 克服了PZT高频调制下的非线性效应, 并简化了解调电路。同时, 四路平衡法也降低了光源的强度噪声。通过合成利萨如图形, 验证了四路信号的正交特性。实验结果表明, 该方法能实现微振动信号的测量, 对微振动位移的测量范围可以达到5～775 nm。
传感器 微振动 四路平衡 相位载波(PGC) 利萨如图形
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Opto-Electronic Information Acquisition and Manipulation, Ministry of Education, Anhui University, Hefei 230039
A new micro-vibration sensor based on single-mode fiber ring laser is put forward. The Mach-Zehnder interferometric (MZI) detection technique is presented for interrogating laser frequency shift due to the measurand (piezoelectric transducer (PZT) is used to simulate the micro-vibration) induced laser cavity strain from both single- and multi-mode lasers. In the experiment, compared with multi-mode laser sensors, the single-mode laser sensor is proved to be a sensor with high resolution. When the PZT is driven by the analog signal (0.03 rad near 2 kHz), the signal-to-noise ratio (SNR) of output signal from the single-mode laser sensor is close to 55 dB and the sensitivity of the sensor is about 5\times10^{-5} rad/Hz^{1/2}.
光纤环形腔激光器 激光器型传感器 相位载波 马赫-泽德干涉仪 060.2370 Fiber optics sensors 060.2430 Fibers, single-mode 060.5060 Phase modulation 140.3570 Lasers, single-mode Chinese Optics Letters
2009, 7(1): 26
