可判向光纤位移干涉仪在振动测量中的应用

　　0 引 言

　　将激光干涉仪应用于对位移和速度的测量，可以获得极高的准确度和灵敏度，同时具有非接触的优点。传统的干涉仪多为分立的器件，体积大，调试困难;而利用光通信行业发展起来的光纤集成器件构成的光纤位移干涉仪，则克服了上述缺点。目前，光纤位移干涉仪主要采用两种结构，一种为同轴结构[1]，结构简单，但是分光比调节困难，由于只有一路光干涉信号，在判断振动反向点方面存在缺陷，难以测量低于λ/2 的位移;另外一种结构采用3×3 光纤耦合器[2]，输出三路相位不同的光干涉信号，可以非常容易的实现对振动反向点的判别，并能够测量低于λ/2 的位移。

　　本文对文献[2]中的装置进行了改进，采用了光纤放大器[3]，滤波器和衰减器等，大大提高了干涉信号光条纹对比度和信噪比，从而方便的实现了对各种靶面(漫反射面和镜面)的非接触测量。目前光纤位移干涉仪多用于爆轰中的位移和速度测量[1-2]，本文结合可判向光纤位移干涉仪的优势，进行了压电陶瓷振动的测量。

　　1 可判向光纤位移干涉仪测速原理和系统设计

　　可判向光纤位移干涉仪基于单模光纤采用光通信行业已经发展成熟的器件搭建，由带尾纤的半导体激光器(波长为1 550 nm)、1×2 光纤耦合器(分光比为 1:1)、三端口环形器、光纤探头、衰减器、光纤放大器、光纤滤波器、3×3 光纤耦合器(分光比为 1:1:1)、光电探测器、数字示波器等构成，如图1。激光器出射的激光经 1×2 光纤耦合器分成两束，一束经过衰减器后，直接进入3×3 光纤耦合器，称为参考光;另外一束经过环形器和探头照射到靶面，从靶面反射的光，又返回到探头，经过环形器，光纤放大器，滤波器，衰减器后，进入3×3 光纤耦合器，称为信号光。参考光和信号光在 3×3 光纤耦合器里形成干涉，输出三路相位不同的光干涉信号，通过信号处理，获得靶面运动的位移和速度历史。由于两臂光强可调，从而大大提高了光干涉信号的调制深度。设信号光强为 I0，波长为λ0，参考光强为 Id，由多普勒效应和光场的干涉公式，以及理想的3×3 光纤耦合器性质，可知，输出的三路光干涉信号为

　　从式(4)、(5)中可知，靶面运动的位移与干涉条纹的条纹数成正比，靶面运动的速度与条纹数的频率成正比(位移和条纹数成正比的称为位移干涉仪，速度和条纹数成正比的称为速度干涉仪[4])。当只有一路干涉信号时，如果反向点的位置在s (t )= n λ /4(n∈Z)，反向点将无法判断;当靶面振动时，且振动峰峰值小于λ0/2 时，条纹数不能够反映振动的位移。当输出三路相位不同的干涉信号时，则可以通过信号处理方法得到干涉信号的位相变化从而实现反向点的判断和低于λ0/2 振动峰峰值的测量。