[發明專利]光纖激光傳感器動態信號解調方法

有效

• 申請號: 201010505861.7
• 申請日: 2010-10-14
• 公開（公告）號: CN102003970A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 高亮;劉盛春;陳向飛;殷作為
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01D3/028
• 分類號: G01D3/028;G01H9/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明屬于光纖傳感系統及信號解調技術領域。與光纖傳感器、光纖布拉格光柵、雙波長光纖激光器、偏振光纖激光器、調頻解調技術等有關，涉及信號調理、信號處理等方面，廣泛適用于對各類動態物理量的測量。光纖激光傳感器的動態解調方法是對雙波長型、多縱模型、偏振型等拍頻輸出型動態傳感器的傳感信息進行解調的一種新的技術。

背景技術

光纖傳感器具有抗電磁干擾、耐腐蝕、本質安全、體積小、重量輕、抗干擾能力強、波長編碼、易于復用組網等優點，它可以用來測量應變、溫度、振動等物理信息。光纖傳感器近年來得到了迅速發展，它被廣泛的應用于大型建筑物、工業監測、地震監測等領域，特別是在各種大型機電、石油化工、礦井等強電磁干擾和易燃易爆等惡劣環境中。光纖傳感器的基本原理為外界信號按其變化規律使光纖中傳輸的光波物理特征參量發生變化，測量激光參量的變化就可以得到外界信號的變化。比如光纖光柵激光器的中心波長隨著應變或者溫度的變化發生漂移，通過測量它的中心波長的變化就可以對應變、溫度或者振動進行檢測[1]。另外一種方法是通過測量分布反饋式激光器兩個正交模激光之間的拍頻來測量應變或者溫度[2]。采用拍頻的方法使得解調的成本大大降低、系統的穩定性也得到了一定的提高。在各種光纖傳感器里面，光纖動態信號傳感器比光纖應變或者溫度傳感器都要復雜。因為光纖動態信號監測傳感器不僅需要傳感器有很好的回復性、非常高的靈敏度，更需要復雜的解調技術。光纖傳感器和光纖傳感信號解調方法是密不可分、相輔相成的，一套優秀的光纖動態傳感系統必須有著與之相匹配的解調方法。比如K.P.Koo等人利用干涉解調的方法實現了對動態信號的測量[3]。再如另外一種方法是利用瑞利背向散射來測量動態信號[4]。

近年來光纖傳感器及解調方法在中國也得到了快速的發展，一些新的技術逐步產生。如中國專利申請CN200610156341公開了一種新型分布式光纖振動傳感系統，采用薩格奈克/馬赫-澤德混合干涉儀光路進行振動傳感，并且采用幅度對比進行振動定位。采用消偏技術，在光源出射端和光纖環中加入洛埃特消偏器，穩定了薩格奈克干涉儀光路中的干涉輸出，提高了傳感器輸出信息的檢測精度[5]。中國專利申請CN200910233914.1公開了“光纖布拉格光柵激光器的傳感方法”，利用頻譜儀來檢測一個雙波長激光器之間的拍頻實現對溫度和應變的監測；或者在一段光纖兩端接兩個光纖布拉格光柵作為反射鏡，這段光纖里面至少有一部分是摻鉺光纖，從而形成一個諧振腔，這樣就產生了很多模式的激光。通過頻譜儀測量任意兩個模式之間的拍頻來檢測應變和溫度的變化[6]。但是此系統中的解調方法只能用來測量靜態的應變和緩變的溫度。本發明的主要思想是利用一種新的解調方法對拍頻輸出型的光纖激光傳感器進行信號解調，使其能實現對動態信號的檢測。

[1]Alan?D.Kersey，Michael?A.Davis，Heather?J.Patrick，et?al，“Fiber?Grating?Sensors，”J.Lightwave?Technol，VOL.15，NO.8，AUGUST?1997.

[2]Oliver?Hadeler，ErlandMorten?Ibsen，and?Richard?I.Laming，“Polarimetricdistributed?feedback?fiber?laser?sensorfor?simultaneous?strain?and?temperaturemeasurements，”APPLIED?OPTICS，VOL.38，NO.10，1999.

[3]K.P.Koo?and?A.D.Kersey，“Bragg?Grating-Based?Laser?Sensors?Systems?withInterferometric?Interrogation?and?Wavelength?Division?Multiplexing，”J.Lightwave?Technol.，VOL.13，NO.7，1995.

[4]Ziyi?Zhang?and?Xiaoyi?Bao，“Continuous?and?damped?vibration?detection?based?on?fiberdiversity?detection?sensor?by?Rayleigh?backscattering，”J.Lightwave?Technol.，VOL.26，NO.7，2007.