本技術涉及光纖傳感，尤其是涉及一種白光干涉式mems光纖位移傳感器。

背景技術：

1、白光移相干涉技術（psi）：將特定波長范圍內(nèi)的光發(fā)射至目標面與參考面，目標面反射光和參考面反射光之間會產(chǎn)生光干涉。目標面反射光和參考面反射光之間的相位與目標面與參考面之間的距離有關，借助相位測量法，獲得多個干涉條紋的相位差，即可計算目標面與參考面之間的距離。通常把構成光干涉的目標面和參考面稱為白光干涉儀的兩個干涉腔鏡，兩個干涉腔鏡之間自由空間的距離即為白光干涉儀的腔長，通過移動改變兩個干涉腔鏡之間的空間直線距離即可實現(xiàn)位移測量。

2、使用白光干涉儀測量位移在較小范圍內(nèi)（一般為0.5mm）可達到納米級別，在10mm范圍內(nèi)也可以達到0.1μm級別。白光干涉儀原理發(fā)明已久，但大多用于工業(yè)檢測儀器設備，很少作為高精度位移傳感器用于結構監(jiān)測或大型工業(yè)設備在線監(jiān)測，主要原因有以下幾點：白光干涉動態(tài)測量精度與干涉光譜質(zhì)量（如干涉光譜的對稱度、對比度，干涉光譜時域穩(wěn)定性）高度相關，只有對兩個干涉腔鏡的光學反射率精確設置并對干涉光程往返損耗嚴格控制后，才能保證目標面和參考面反射光具有極為接近的光強，形成高質(zhì)量動態(tài)干涉光譜。這也意味著位移傳感器的兩個干涉腔鏡必須固定在嚴格平行移動且抗震性能良好的光學平臺級滑動導軌上，這是現(xiàn)有的高精度線性軸承襯套（徑向間隙很難做到亞微米級別）不能滿足的精度，而且在體積和成本上也不太適合作為位移傳感器的導向結構組件。也正因為如此，白光干涉儀更多搭載在多自由度高精度位移平臺上，構成幾何形貌測量的高精度檢測儀器設備，價格通常達到幾十萬元到上百萬元不等。

3、然而，白光移相干涉原理發(fā)明已久，但工業(yè)上缺乏使用該原理的應變或位移測量傳感器，主要原因有以下：相位測量法的限制，白光移相干涉原理本質(zhì)上具有極高的位移測量精度，但其精度也依賴于相位解調(diào)算法；對結構設計的要求較高，該技術對入射光、參考面、目標面之間的位置、方向要求高，傳感器安裝在被測物表面時，傳感器結構隨被測物產(chǎn)生應變或位移，以及被測物的振動以及環(huán)境潮濕、水汽等均容易導致光干涉失效。

4、因此，現(xiàn)有技術還有待改進和提高。

5、應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本技術的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本技術的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術問題中的一個或多個，例如位移測量精度等問題，本公開提供一種白光干涉式mems光纖位移傳感器，旨在通過核心感測部件的設計，提高mems光纖位移傳感器的白光干涉準直情況等，繼而提升整個傳感器的測量精度。

2、在本公開的第一方面，提出了一種白光干涉式mems光纖位移傳感器，該mems光纖位移傳感器包括：位移部件，包括內(nèi)管和外套管，上述內(nèi)管被構造成長條形管狀結構；上述外套管被設置成套設在上述內(nèi)管的外表面；上述外套管的內(nèi)表面與上述內(nèi)管的外表面貼靠形成可相對位移結構，并且上述內(nèi)管的中心軸線與上述外套管的中心軸線重合；感測部件，被設置成靠近上述位移部件的出纜端；上述感測部件包括準直器和mems光學芯片，上述準直器被設置成固定在上述外套管，上述mems光學芯片被設置成固定在上述內(nèi)管，上述準直器的工作端面相對上述mems光學芯片的工作端面平行，并且上述準直器隨上述外套管沿上述中心軸線方向移動時，上述準直器的工作端面和上述mems光學芯片的工作端面被設置成相對上述中心軸線垂直。進一步地，該mems光纖位移傳感器還包括：固定部件，該固定部件包括出纜端支撐座和尾端支撐座，出纜端支撐座和尾端支撐座分別通過對應出纜端安裝座和尾端安裝座用于將mems光纖位移傳感器固定在被測物體的兩個端點上，當被測物體被拉伸形變時，兩個端點發(fā)生位移變化，通過出纜端安裝座和尾端安裝座傳遞到出纜端支撐座和尾端支撐座，繼而傳遞給外套管與內(nèi)管，繼而導致準直器工作端面與mems光學芯片的工作端面之間的干涉腔發(fā)生距離變化，繼而通過白光干涉實現(xiàn)對位移的測量。

3、進一步地，在一些實施例中，上述mems光學芯片被設置成通過芯片固定座與上述內(nèi)管固定連接；上述芯片固定座被設置在上述內(nèi)管靠近上述位移部件的出纜端的一端；上述mems光學芯片被設置成固定在上述芯片固定座，并且上述mems光學芯片的工作端面朝向上述位移部件的出纜端的方向。

4、進一步地，在一些實施例中，部分的上述芯片固定座被設置成伸入上述內(nèi)管的內(nèi)部、并且與上述內(nèi)管的固定連接；其余部分的上述芯片固定座被設置成延伸出上述內(nèi)管并且仍處于上述外套管的內(nèi)部。

5、進一步地，在一些實施例中，上述準直器被設置成通過連接套?與上述外套管固定連接；上述連接套被設置成包覆上述準直器的外表面；部分的上述連接套被設置成伸入上述外套管的內(nèi)部、并且與上述外套管的內(nèi)表面固定連接，并且上述準直器的工作端面朝向上述mems光學芯片的工作端面。

6、進一步地，在一些實施例中，其余部分的上述連接套被設置成延伸出上述外套管、并且被包覆有出纜端支撐座，上述出纜端支撐座靠近上述外套管一端被設置成包覆上述外套管靠近上述出纜端一段的外表面。

7、進一步地，在一些實施例中，上述連接套的外表面的一段被設置有外螺紋，上述出纜端支撐座的內(nèi)表面的一段被設置有內(nèi)螺紋，使得上述連接套與上述出纜端支撐座通過上述外螺紋與上述內(nèi)螺紋配合形成螺紋式固定連接關系。

8、進一步地，在一些實施例中，上述外套管與上述連接套的固定連接為膠水粘接；上述外套管與上述出纜端支撐座的固定連接為膠水粘接。

9、進一步地，在一些實施例中，在遠離上述位移部件出纜端的另一端被設置為尾端，上述內(nèi)管在上述尾端被設置成延伸出上述外套管并且被尾端支撐座包覆且固定連接。

10、進一步地，在一些實施例中，在靠近上述位移部件的尾端并且上述內(nèi)管被設置在上述外套管的內(nèi)部，上述外套管的側壁上被設置有沿中心軸線方向的導向槽，上述內(nèi)管的外側壁被設置有導向銷；當上述外套管與上述內(nèi)管發(fā)生相對移動時，通過上述導向銷在上述導向槽中沿中心軸線方向移動來限制上述外套管與上述內(nèi)管的移動是沿著上述中心軸線方向的。

11、進一步地，在一些實施例中，mems光纖位移傳感器還包括：彈性密封防塵罩，被設置在靠近上述位移部件的尾端處；上述彈性密封防塵罩被設置成包覆帶有上述導向槽的外套管段、并且從上述外套管段一直連續(xù)包覆到部分的上述尾端支撐座。

12、進一步地，在一些實施例中，上述外套管和上述內(nèi)管被設置成由碳纖維構成；或者上述彈性密封防塵罩被設置成由橡膠構成；或者上述出纜端支撐座和上述支撐座被設置成由金屬構成。

13、進一步地，在一些實施例中，上述準直器的工作端面的白光反射率與上述mems光學芯片的工作端面的白光反射率被設置成相同或相近。

14、本公開的有益效果在于。

15、1）在一些實施例中，通過將位移部件設置成內(nèi)管和外套管嵌套的相對位移結構，其中內(nèi)管的中心軸線與外套管的中心軸線重合，使得內(nèi)管與外套管相對運動被限定在沿中心軸線方向，盡可能少地產(chǎn)生非中心軸線方向的移動，以便使得白光干涉結構在測量位移時更加穩(wěn)定；進一步地，將感測部件設置在出纜端，使得準直器與mems光學芯片所形成白光干涉腔可以專注于感測沿軸線方向的位移而盡可能小地受到非軸向偏移（特別是尾端支撐座發(fā)生非軸向偏移時）的影響，從而實現(xiàn)提升白光干涉腔的感測功能穩(wěn)定性，繼而提升整個白光干涉式mems光纖位移傳感器的精度。

16、2）進一步地，在一些實施例中，通過被測量被固定的出纜端安裝座和尾端安裝座拉伸情況變化，實現(xiàn)對被測量物的位移測量；進一步地，通過將準直器與外套管固定連接，將mems光學芯片與內(nèi)管固定連接，并結合外套管與內(nèi)管相對位移（實際使用時被拉伸，使得出纜端安裝座和尾端安裝座發(fā)生相對移動），使得準直器的工作端面與mems光學芯片的工作端面形成白光干涉腔，繼而實現(xiàn)白光干涉式mems光纖位移傳感器針對位移的精度測量。

17、3）進一步地，在一些實施例中，通過設置連接套，將處于內(nèi)部準直器既能夠與外套管固定連接，又可以與出纜端安裝座實現(xiàn)固定連接，使得在出纜端安裝座處被測物體可以直接關聯(lián)內(nèi)部的準直器；相應地，通過設置尾端安裝座與內(nèi)管的固定連接，使得在尾端安裝座處被測物體可以直接關聯(lián)內(nèi)部的內(nèi)管、繼而通過芯片固定座與mems光學芯片關聯(lián)；從而當準直器的工作端面與mems光學芯片的工作端面所形成白光干涉腔發(fā)生變化（例如被拉伸時），實現(xiàn)白光干涉式mems光纖位移傳感器針對位移的精度測量。

18、4）進一步地，在一些實施例中，在靠近位移部件的尾端，外套管的側壁上被設置有沿中心軸線方向的導向槽，而相應位置的內(nèi)管的外側壁被設置有導向銷；導向銷可以在導向槽中沿中心軸線方向移動；從而限制外套管與內(nèi)管的移動只能沿著中心軸線方向。進一步地，導向槽可以是相對中心軸線對稱設置在外套管另一側壁上，而相應地內(nèi)管的另一外側壁被設置有導向銷（也是相對中心軸線對稱設置）；這樣避免僅一端的導向約束導致產(chǎn)生非中心軸線方向以外的偏移或旋轉，進一步地，也可以分擔扭力，提升器件壽命。

19、5）進一步地，在一些實施例中，在靠近位移部件的尾端處設置彈性密封防塵罩，使其包覆帶有導向槽的外套管段、可能裸露出來的內(nèi)管外表面、以及部分的尾端支撐座外表面，從而在不影響測量功能的情況下還能起到防塵密封作用，提升器件壽命及提高器件工作時的工作狀態(tài)，繼而提升該位移傳感器的測量精度。