基于平方运算与多重希尔伯特变换的F-P干涉振动测量

华 震,高丙坤,岳航宇,崔翔宇

(东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江 大庆 163318)

1 引 言

快速发展的光学技术的一个重要分支是光纤干涉传感器的应用。已经证明这些传感器比电传感器灵敏几个数量级[1],用于无接触的实时自动监测。光纤中的法布里-珀罗(F-P)干涉是一种快速、灵敏的振动分析的工具,它也可以与光纤信号传输相结合,在恶劣的工程环境中获得稳定的性能[2-3]。

干涉信号最初用条纹计数法来恢复振动信息[4],但其分辨率仅为波长的一半,这极大地限制了测量精度。在F-P干涉测量位移的应用中,2018年陈海滨提出了一种以掺铒光纤放大器为光源的F-P干涉位移测量方法[5],但只能实现于11 mm长度范围内1 μm的分辨率,并且实验结构复杂；魏仁选提出了一种F-P干涉的微位移测量方法,利用F-P干涉的光谱相邻波峰之间的波长差与腔长的关系来测量位移,但其需要宽带光源,并且额外需要光谱仪等器件[6]；2005年,张彩妮提出了一种基于F-P干涉的角位移测量原理[7],利用角位移与干涉信号条纹数变化的函数关系,来测量角位移,但是需要把初始入射角调至40°到50°之间。2014年,李春成,王鸣等人提出基于F-P腔干涉的强度解调微位移方法[8],可实现在λ/4范围内,测量误差小于1 nm,但是需要额外的相位调制,增加实验难度。在其他测量位移方法中,张恩政在2013年提出了一种基于数字频率时钟信号的上升条纹锁定的外差干涉相位测量方法[9],但是需要解决外差干涉仪的非线性误差；……