微振动的高精度测量

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1、万方数据第33卷第1期2006年1月光电工程Opto-ElectronicEngineeringVr01．33．NO．1Jan，2006文章编号：1003—501X(2006)01—0120—03微振动的高精度测量俞本立，孟军(安徽大学信息材料与器件重点实验室，安徽合肥230039)摘要：为了测量振幅小于1Ixrn的微振动信号，在传统迈克尔逊干涉仪的基础上，提出了一种大光程差情况下的实时高精度测量系统。该系统使用单频窄线宽光纤激光器来减小长光程差下的相位噪声影响；用零差解调方法来抑制环境影响导致的相位漂移；双路

2、平衡检测的使用将光源强度噪声降低16dB左右。当测量距离为10m时，光源引起的相位噪声仅为5．28×10“rad／Hz睨；但由于电路处理上的限制，实际可探测的最小灵敏度约为10‘5rad／Hzm。当被测信号在100Hz～4kHz之间时，系统具有良好的线性响应度。关键词：微振动测量；光纤激光器；零差解调；平衡检测中图分类号：TGS01文献标识码：AHigh-accuracymicro-vibrationdetectorYUBen．1i，MENGJun似nhuiKeyLaborataryoflnformationM

3、aterialsandDevices，AnhuiUniv&ity，Hefei230039，Ch&a)Abstract：Tomeasuremicro—vibrationsignalwithamplitudelessthan1Jam，areal-time，highaccuracydetectorbasedontraditionalMachelsoninterferometerwasproposed．Anarrow-linewidthfiberlaserwasintroducedtoreducephasenoiseu

4、ndertheconditionoflongopticalpathdifference，andphaseshiftcausedbyenvironmentcanbesuppressedwithhomodynedemodulationscheme．Intensitynoisecanbedecreasedby16dBusingbalanceddetection．Whendetectedspaceis10maway,phasenoisecausedbylaserisonlv5．28×10—6rad／Hzl，2．Beca

5、useofthecircuitlimit，detectorsensitivityisonly10—5rad／Hzl／2．Whendetectedsignalrangesfrom100Hzto4KHz，thesystemhasgoodlinearresponse．Keywords：Micro-vibrationmeasurement；Opticalfiberlasers；Homodynedemodulation；Balanceddetection引言随着精密加工技术的高速发展，机械运动部件的高精度实时测量越来越重

6、要，并且需要测量的振动幅度更小，频率范围也更宽。光学干涉测量以其高分辨力、高灵敏度、非接触测量等优点得到了广泛的应用；但是光学测量多为静态测量，测量距离近，而且由于光学测量结构太精细，光学器件调节相对困难。本实验室研制的微振动测量仪可在室外条件下正常工作，具有高灵敏度、高精度的特征，在大相位差的情况下可探测振幅小于纳米量级的弱振动信号，光路简明，易调节。在光学干涉测量中，外界振动可以反映到干涉项的相位中，这种相位的漂移使探测得到的信号也随之变化，还会引起信号的畸变和灵敏度的降低，进而降低系统的信噪比和测量精度。

7、零差解调II’21的引入很好地抑制了环境噪声导致的缓慢相位变化，能得收稿日期：2004-12-16。收到修改稿日期：2005-06-01基金项目：安徽省优秀青年科技基金资助课题(04042045)作者简介：俞本立(1964一)，男(汉族)，安徽五河人，教授，博士，主要从事光纤光源、光纤传感，光波导方向研究。E—mail：phy9807@yahootomcn万方数据2006年1月俞本立等：微振动的高精度测量12l到稳定的信号输出，而且零差解调技术有很宽的测量范围和良好的线性关系。在调制方式上，由于直接调制光源会带

8、来光强抖动，影响测量灵敏度，系统选择了稳定性更佳的外调制方式。通过引入外加调制，减小了信号处理时的直流漂移和低频噪声。压电陶瓷以其精度高、线性好的特点被选为本系统的调制器。1测量原理零差解调方法是通过在干涉仪中引入检测信号带宽外的某一频率的大幅度相位调制信号，使所检测信号成为载波的边带，再分离被测信号和随机相位漂移，从而得到稳定的传感信号输出。当参考光上加入一个幅度为C，频率为幼的调制