[發明專利]可調節動態范圍的微分干涉儀及測量方法

有效

• 申請號: 201410440329.X
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104215319B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 甄勝來;陳劍;俞本立;李輝;曹志剛;朱軍
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙)32260
• 代理人: 張歡勇

技術領域

本發明涉及相位測量系統，具體是指一種可調節動態范圍的微分干涉儀及測量方法。

背景技術

自1975年，白光干涉原理被提出并得到廣泛應用；直至1983年，白光干涉原理首次在光纖傳感技術中得到應用；并在1985至1989年，被廣泛用于壓力、溫度和應變測量的研究中；自1990年后，隨光纖白光測量技術持續發展，其優點被眾多研究者認可。目前白光干涉技術可測量的物理量明顯增多，例如：位移、壓力、振動、應力、應變、濕度、溫度等物理參量以及生化參量的絕對測量。

微分干涉儀是基于白光干涉原理制成的測量儀器，并在遠距離測量和大范圍區域監測領域(如電力傳輸線、油氣管線監測)有廣泛應用。微分干涉儀是基于干涉原理的時間相干性，通過使兩路光的信號源送達時間不同，從而產生干涉信號。微分干涉儀具有的優點：1、提供了位移，溫度，壓力等多種絕對物理量的測量方法；2、采用低相干光源，系統抗干擾能力很強，結構簡單成本低；3、無相位衰落，受環境擾動影響小；4、不受光源相干長度限制，實現大動態范圍測量。

在實際測量振動信息時，為測量出振幅和頻率，需對光電轉換輸出進行信號解調。較常見的解調法，有經典外差解調法，偽外差解調法、合成外差法和PGC(相位生成載波)解調技術，但以上解調法都需外加調制元件，從而使得測量裝置的動態范圍受調制頻率限制。

微分干涉儀采用相位壓縮原理，輸出信號的相位量相比于實際相位變化量被壓縮了許多倍，這樣拓寬了輸出的線性范圍，同時降低了電路帶寬的要求。但當被測信號頻率高或相位變化量大時，干涉儀輸出信號仍會超出線性范圍。

綜上所述，目前現有技術的微分干涉儀由于線性范圍不可調使得對大振幅信號響應較差。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供一種線性范圍可調從而對大振幅信號響應較好的一種可調節動態范圍的微分干涉儀。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：一種可調節動態范圍的微分干涉儀，包括ASE光源、光纖環形器、第一光纖耦合器、第一延遲光纖、第二延遲光纖、光開關、第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器、第二光纖耦合器、法拉第旋轉鏡；所述第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器分別與第一光纖耦合器連接，所述光纖環形器串接在第二光電探測器與第一光纖耦合器連接的通路上，所述光纖環形器還與ASE光源連接，所述第一光纖耦合器還分別與第一延遲光纖、第二延遲光纖、第二光纖耦合器連接，所述第一延遲光纖、第二延遲光纖分別與光開關連接，所述光開關還與第二光纖耦合器連接，所述第二光纖耦合器與法拉第旋轉鏡相連，所述第一延遲光纖、第二延遲光纖長度不同。

根據上述方案可以看出本實用具有如下優點：

第一、本發明光學結構為馬赫曾德和賽格納克混合型微分干涉儀結合光開關與多段延遲光纖。

第二、所述ASE光源為寬帶光源，使用寬帶光源和單模光纖器件，結構簡單成本低。

第三、所述第一光纖耦合器為3x3光纖耦合器，所述第二光纖耦合器為2x2光纖耦合器。3x3光纖耦合器將干涉光分為強度相同相位差互為2/3π的三路光，結合光纖環形器實現三路探測無源解調。2x2光纖耦合器分光比為50∶50。

第四、所述可調節動態范圍的微分干涉儀使用光開關選擇光路通過第一延遲光纖或者第二延遲光纖，進而改變光纖延遲線的長度，實現調節干涉儀測量的動態范圍。

第五、所述可調節動態范圍的微分干涉儀還包括用于調節光開關選通光路的單片機系統，所述光開關還與單片機系統相連。

第六、所述可調節動態范圍的微分干涉儀還包括數據采集卡與計算機，所述第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器均通過數據線與數據采集卡輸入端相連。信號通過數據采集卡實現模數轉換后輸入計算機，采用三路探測解調算法進行解調。

第七、使用三路探測的無源解調方法即可測量出振動信息，大幅增加對信號的可測量范圍，同時信號解調不受電路帶寬的限制。

本發明針對微分干涉儀由于線性范圍不可調使得對大振幅信號響應較差這一技術問題，同時提出了該可調節動態范圍的微分干涉儀的測量方法，現技術方案如下：

一種可調節動態范圍的微分干涉儀操作方法，其具體步驟如下：

步驟一、安裝信號源，將信號源串接在第二光纖耦合器與法拉第旋轉鏡連接的通路上；

步驟二、打開ASE光源，使ASE光源發出的光經第一光纖耦合器和第二光纖耦合器至法拉第旋轉鏡，法拉第旋轉鏡將光反射回第一光纖耦合器和第二光纖耦合器并分別進入第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器；