基于光纤光栅新型微位移测量方法研究

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1、2013年仪表技术与传感器2013第11期InstrumentTechniqueandSensorNo.11基于光纤光栅新型微位移测量方法研究朱正恺，刘芳芳，朱肃然，费业泰(合肥工业大学仪器学院，安徽合肥230009)摘要:微纳米超精密测量是目前热点研究领域，光纤布拉格光栅作为良好的传感元件，用于微纳米测量领域具有广阔前景。首先对光纤布拉格光栅传感的基本原理进行了分析，在此基础上，采用布拉格光纤光栅熔制悬挂式探针测头作为传感元件，利用匹配法进行波长解调，然后设计一整套系统，以实现微位移量测量。利用激光

2、干涉仪和PI微动平台对系统性能进行标定，并利用广义多项式对测量数据进行拟合。实验结果显示:系统分辨率达到10nm，曲线拟合优度为0.9996。关键词:布拉格光纤光栅;位移;传感器;可调谐匹配法中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1002－1841(2013)11－0108－03NewSensingMethodforMicro/nanoDisplacementMeasurementBasedonFiberBraggGratingZHUZheng-kai，LIUFang-fang，ZHUSu-r

3、an，FEIYe-tai(SchoolofInstrumentScienceandOpticalElectronicsEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract:Micro/nanosuperprecisionmeasuringtechnologyisrepresentativeoftheresearchfield，opticalfiberBragggratingasagoodoriginalsensorhasb

4、eenusedtothemicro/nanomeasurementfieldwithbroadprospects．Thebasicprincipleofdisplace-mentsensingwasanalyzed，andbasedonthis，akindoffiberBragggratingfusionsystemsuspendedprobeassensingelementwasdesigned，andmatchingmethodtodemodulatethewavelengthshift，aset

5、ofsystemwasdevisedtomeasuremicro-displacement．Be-sides，thesystemwastestifiedbylaserinterferometersandPImicro-displacementonsystemperformancetest，andthedatacollectedwasgeneralizedpolynomialfitted．Theexperimentalresultsshowthissetofsystem’ssensortheminimu

6、msystematicresolutionis10nmandthegoodness-of-fitis0.9996．Keywords:fiberbragggrating;displacement;sensor;tunablematchingmethod0引言FBG具有灵敏度高、线性范围宽、抗电磁干扰能力强、体积微纳米技术中，微纳米测量技术、微纳米加工技术和微纳小、质量轻等传感特点，是纳米测量的优良传感器件。因此在米结构并列为微纳米技术的三大研究主题，其中微纳米的超精研究中，将布拉格光纤光栅传感器件与微纳

7、米位移测量技术相密测量技术是代表性的研究领域，也是微纳米科技一个重要支结合，开发了一种新型的基于FBG敏感元件的超精密微位移传撑技术，目前国内外对于微纳米测量技术的研究非常活跃，提感系统。文中分析了FBG传感的基本原理，设计了光纤光栅位［1］出了许多测量原理和方法。纳米测量从敏感原理上可分为移测量系统，利用可调谐匹配法进行波长解调，并搭建了实验有非光学方法和光学两大类。陈晓梅等提出的测量几十nm到平台对其进行了性能参数的测试，实验结果表明测量系统分辨mm空间尺寸的加强型传感器纳米测量机，大量程范围为2

8、5率达到10nm．并对测量范围进行标定和拟合，曲线优度为［2］mm×25mm×5mm，不确定度为5.4nm;王淑珍研制了用于0.9996。微纳米测量的基于白光干涉超精密表面形貌测量系统，其垂直1光纤布拉格光栅传感原理分辨率小于1nm，横向分辨率理论可达2nm，测量范围40mm1978年，K．O．Hill等报道了用氩离子激光器在锗硅光纤上［3］×40mm。目前，国内外对布拉格光纤光栅(in-fiberbragg用驻波持续曝光制成光纤光栅———光纤布拉格光栅