[發明專利]一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統

無效

• 申請號: 201410009051.0
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103697922A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 余尚江;周會娟;陳晉央;郭士旭;楊吉祥;賈超;黃劉宏
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍總參謀部工程兵科研三所
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 張國防

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，特別是涉及一種光纖F-P腔傳感器的高速解調儀。

背景技術

在光纖傳感系統中，解調儀的作用為：（1）連續不斷的向光纖傳感器發送光信號；（2）接收攜帶有待測量信息的載波信號，也即是光纖傳感器返回的信號，在經過光電轉換、信號采集、信號調理將我們需要的信息提取出來。解調儀作為整個光纖傳感系統的核心部件對整個光纖傳感系統的精度、分辨率等性能參數起著決定性的作用。

在眾多的光纖傳感器中，光纖F-P腔傳感器以其結構簡單、體積小、高靈敏度、快時間響應、單光纖信號傳輸等優點受到人們普遍的關注，并成為近年來光纖傳感技術及其應用研究的熱點之一，這其中也包含與其配套使用的光纖F-P腔傳感器解調儀的研制。最具代表的是加拿大的FISO公司、美國的Davidson公司和加拿大的Opsens公司，他們推出的光纖F-P腔傳感器解調儀，實現了對溫度、壓力和應變等參量的測量，并已經在土木工程中得到應用。前兩家公司的解調儀采用的是非掃描式相關解調技術，Opsens解調儀采用白光偏振干涉技術，這兩種技術都需要制作精良的光楔和線陣CCD，由于技術壟斷，解調儀市場售價高昂；國內以重慶大學為代表的研究機構也進行了非掃描式相關解調系統的研究，開發了相應的解調系統，但光楔的設計和制作技術還不成熟，無法滿足解調所需的精度和穩定性要求，距離實用化還有很大的差距。

目前在實際工程中應用的光纖F-P腔傳感器解調系統大多是基于光譜儀接收的，而光譜儀價格昂貴，體積龐大，且不能實現動態參量的測量，如測量爆炸壓力等。因此，研制一種低成本、高精度、高頻響的光纖F-P腔傳感器解調儀具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統，該解調系統具有測量精度高、頻響高、成本低的優點。

本發明的目的可采用如下技術方案來實現：所述的光纖F-P腔傳感器的高速解調系統，包括寬帶光源、三端口光纖環行器、密集波分復用器、光電探測器和采集處理單元，所述的寬帶光源、三端口光纖環行器、密集波分復用器和光電探測器之間通過光纖連接，所述的光電探測器與采集處理單元之間通過同軸電纜連接；寬帶光源發出的光通過三端口光纖環行器注入光纖F-P腔傳感器；光纖F-P腔傳感器的反射光再次經由該光纖環形器注入密集波分復用器；經密集波分復用器濾波后將注入的寬帶反射光分解為三束不同波長的窄帶光；這三束窄帶光波注入光電探測器，經光電轉換和濾波放大后由采集處理單元進行高速采樣和數據處理，計算得到待測F-P腔傳感器的相位或腔長變化量。

所述的寬帶光源為發光二極管或光纖放大自發輻射光源，其輸出光譜范圍至少包含1540nm、1550nm和1560nm三個波長。

所述的三端口光纖環形器中心波長是1550nm；

所述的密集波分復用器包含1個輸入端口，三個輸出端口，并且三個輸出端口的中心波長分別位于1540nm、1550nm、1560nm附近，譜寬約0.2nm。

所述的光電探測器包含三個PIN型的光電管及其配套的低噪聲濾波放大電路，整個探測器的帶寬大于500kHz；

所述的光電探測器的三路輸出電壓應滿足幅值相等、零位一致的原則。

所述的采集處理單元包含一塊高速A/D采集卡和一臺計算機，A/D采集卡通過數據通訊端口與計算機連接。

與現有技術相比，本發明在技術上有較大突破：本發明所述的解調方法是一種基于任意相位差的三波長解調方法，傳統的三波長方法采用三個獨立的激光光源，并配備有與這三個波長正好匹配的窄帶光濾波器，不僅成本較高，且難以獲得匹配濾波器；本發明采用寬帶光源，無需光濾波器的匹配，光通信領域中技術成熟、價格低廉的密集波分復用器即可滿足三波長的濾波要求，大大降低了系統成本和技術難度。同時，由于三波長方法是一種補償型的強度解調法，使得本發明的光纖F-P腔傳感器高速解調系統具有分辨率高，測量速度快，不受光源波動的影響等多方面的優點，非常適合光纖F-P腔傳感器的高速解調。

附圖說明

圖1為本發明的系統結構原理圖。

圖1中1、寬帶光源，2、三端口光纖環行器，3、密集波分復用器，4、光電探測器，5、采集處理單元，6、光纖F-P腔傳感器。

具體實施方式

結合附圖，說明本發明的具體實施例。