Large-range displacement measurement in narrow space scenarios: fiber microprobe sensor with subnanometer accuracy

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作者
Chen Zhang,Yisi Dong,Pengcheng Hu,Haijin Fu,Hongxing Yang,Ruitao Yang,Yongkang Dong,Limin Zou,Jiubin Tan
出处
期刊:Photonics Research [Optica Publishing Group]
卷期号:12 (9): 1877-1877 被引量:15
标识
DOI:10.1364/prj.525667
摘要

The embedded ultra-precision displacement measurement is of great interest in developing high-end equipment as well as precision metrology. However, conventional interferometers only focus on measurement accuracy neglecting the sensor volume and requirement of embedded measurement, thus hindering their broad applications. Here we present a new sensing method for realizing large-range displacement measurement in narrow space scenarios based on the combination of a fiber microprobe interference-sensing model and precision phase-generated carrier. This is achieved by microprobe tilted-axis Gaussian optical field diffraction and high-order carrier demodulation to realize large-range displacement sensing. It is uncovered that the microprobe element misalignment and phase demodulation means play pivotal roles in the interference signal and the accuracy of large-range displacement sensing. The analysis shows that the proposed interference-sensing method can effectively reduce the nonlinearities. Experimental results illustrate that the measurement range extends from 0 to 700 mm. Furthermore, the maximum nonlinear error is reduced from tens of nanometers to 0.82 nm over the full range, allowing subnanometer accuracy for embedded measurements in the hundreds of millimeters range.
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