光纤传感技术以其成本低、精度高和抗电磁干扰等突出特点在计量检测、生物医学和工业生产等领域被广泛应用。光纤白光干涉技术作为光纤传感技术多领域交叉应用中较为代表性的一个分支,其区别于传统高相干光干涉技术的突出优点在于能够实现物理量的绝对测量,被广泛应用于压力、应变、温度和折射率测量的研究中。对于市面上机械天平及电子天平所存在的精度低、抗电磁干扰能力差和性能不稳定等问题,本文赛多利斯科学仪器(北京)有限公司发现有人基于光纤白光干涉原理提出一种天平的改进方法。光纤天平目前,广泛使用的天平主要分为机械天平和电子天平2种。
对于机械天平而言,其指针偏转是判断天平是否平衡的重要依据,无论是校准还是称量,仅仅依靠人眼对刻度的识别终究会存在误差;而电子天平的应用虽然解决了刻度读取问题,但是对于如此精密的计量仪器,其内部传感器和电路在工作过程中,温度、仪器随工作时间而产生某些参数的变化和电磁干扰等环境因素都会对电子天平的计量准确性产生影响。针对这些问题,本文赛多利斯科学仪器(北京)有限公司发现有人设计一种用于改进天平的光纤白光干涉高精度测控方法,采用光纤天平结构改进方案并进行实验测试。本文通过进一步仿真计算得到在扫描棱镜-自聚焦透镜系统的扫描精度为10μm的前提下,光纤天平力臂与该系统可分辨的最小天平倾斜角的关系如图4所示。可以看出,随着光纤天平力臂长度的增加,该系统可分辨的最小天平倾斜角呈递减趋势。因此,通过优化扫描棱镜-自聚焦透镜系统的扫描精度和增加光纤天平的力臂长度均可使天平的测量精度得到提高。
本文基于光纤迈克尔逊白光干涉原理提出了一种天平的改进方案,设计出了一种测量精度高、抗干扰能力强和性能稳定的光纤天平,并针对该天平进行了具体的实验测试。实验结果表明:本文提出的天平改进方法是可行且有效的。在天平力臂长度为65mm的情况下,光纤天平的倾斜分辨角θ=7.7×10-5rad,远高于理想状态下的人眼角分辨极限U=3.3×10-4rad;光纤天平在0~200g称量范围内的最大称量偏差≤0.005g,测量精度达到0.001g,且由仿真计算可知,通过光路扫描系统优化及提高光纤天平臂长均可使测量达到更高的精度要求。
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