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期刊信息
  • 主管单位:
  • 中国科学技术协会
  • 主办单位:
  • 中国仪器仪表学会、上海光学仪器研究所、中国光学学会工程光学专业委员会
  • 主  编:
  • 庄松林
  • 地  址:
  • 上海市军工路516号上海理工大学《光学仪器》编辑部
  • 邮政编码:
  • 200093
  • 联系电话:
  • 021-55270110
  • 电子邮件:
  • gxyq@usst.edu.cn
  • 国际标准刊号:
  • 1005-5630
  • 国内统一刊号:
  • 31-1504/TH
  • 邮发代号:
  • 单  价:
  • 15.00
  • 定  价:
  • 90.00
基于正弦相位调制的光纤干涉位移测量系统研究
Study on all-fiber sinusoidal phase modulation interferometer for displacement measurement
投稿时间:2022-12-28  
DOI:10.3969/j.issn.1005-5630.2023.004.001
中文关键词:  光纤干涉仪  正弦相位调制  卡尔曼滤波  位移测量
英文关键词:fiber interferometer  sinusoidal phase modulation  Kalman filtering  displacement measurement
基金项目:上海市在线检测与控制技术重点实验室开放性课题(ZX2021103)
作者单位E-mail
杨沛钢 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093  
贾宏志 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093  
傅坤跃 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093  
李广林 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093  
王纬 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093  
雷李华 上海市在线检测与控制技术重点实验室, 上海 201203  
金涛 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093 jintao@usst.edu.cn 
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中文摘要:
      针对全光纤干涉仪工作距离短、测量范围小等问题,提出了一种基于正弦相位调制的全光纤干涉系统,在参考臂通过电光调制器引入的调制参考光,与探头接收到的目标反射光产生干涉。根据锁相放大原理从干涉信号中提取出正交分量后,首先建立由正交分量构成的观测模型,通过卡尔曼滤波对正交分量的幅值和偏置进行迭代估计和修正,降低由相位延迟、调制深度漂移、寄生干扰等导致的幅值漂移和附加偏置;然后利用反正切法对反射光与参考光之间的相位差进行解调。开展了模拟干涉信号的相位解算仿真模拟和位移测量实验。仿真和实验验证了该算法解算相位的有效性。结果表明,该位移测量系统的工作距离可达到20 cm,测量精度为10 nm。
英文摘要:
      To solve the short working distance and small measurement range of all-fiber interferometer, we proposed an all-fiber interferometry system based on sinusoidal phase modulation. An electro-optical modulator is combined in reference arm to generate modulated reference beam, which interferes with the target reflected beam received by the collimator. After extracting orthogonal components from interference signals according to phase-locked amplification principle, an observation model composed of orthogonal components is first established. The amplitude and bias of the orthogonal components are iteratively estimated and corrected by Kalman filtering to reduce the amplitude drift and additional bias caused by phase delay, modulation depth drift, parasitic interference, etc. Then the inverse tangent method is used to demodulate the phase difference between the reflected light and the reference light. The phase solution simulation and displacement measurement experiments of analog interference signals are carried out. Simulation and experiment verify the validity of the proposed method. The experimental results show that the displacement measurement system can achieve a working range of 20 cm and a measurement accuracy of 10 nm.
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