[發明專利]一種基于FFP-TF的中心波長穩定裝置與方法

有效

• 申請號: 201510061544.3
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104613987B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: 金鵬;劉彬;撖琳;林杰;劉歡;王健
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01D3/036
• 分類號: G01D3/036;G01H9/00
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

一種基于FFP-TF的中心波長穩定裝置與方法屬于振動信號檢測領域。

背景技術

由于F-P傳感器可用于感受振動量，因此可以測量能夠引起振動的溫度、聲波、壓強等信號，同時，F-P傳感器又具有結構簡單、靈敏度高、成本低、安裝方便，因此在微機電系統、超聲測量、生物醫學等領域具有廣闊的應用。

F-P傳感器應用于強度解調系統，而強度解調系統的解調精度受F-P傳感器的影響。由于F-P傳感器的靜態腔長受外界干擾而發生變化，因此導致強度解調的中心波長偏離中心位置，進而影響強度解調系統的測量精度。為了解決上述問題，需要穩定強度解調的中心波長。

目前，在強度解調系統中用于穩定中心波長的方法主要有以下四種：

第一、利用密集波分復用器產生兩束相位正交的波長來穩定中心波長；

第二、通過調整F-P工作腔中的氣壓來穩定F-P腔的腔長，進而穩定中心波長；

第三、利用可調諧激光器穩定中心波長；

第四、利用FFP-TF穩定中心波長。

以上四種方法中，由于前兩種方法所對應的裝置結構復雜，調節難度大，第三種方法硬件成本過高，因此第四種方法成為強度解調系統中穩定中心波長的主流方法。該方法的工作原理為：光源輸出光經FFP-TF調制后通過光纖環形器進入F-P傳感器，F-P傳感器的反射光路信號由光纖環形器輸出，經光電轉換器轉換進入處理電路，形成一路控制信號，加載在壓電陶瓷驅動器上，使FFP-TF產生與噪聲調制反相的伸縮，從而抵消噪聲的干擾，穩定F-P傳感器的中心波長。然而，這種方法由于將FFP-TF設置于F-P傳感器前方，因此存在以下兩方面缺陷：

第一、光源的出射光路只有部分進入到F-P傳感器，降低了強度解調系統的分辨力、量程和信噪比。

第二、難以做到FFP-TF的出射光路和透射光路等光程，降低了強度解調系統的信噪比。

發明內容

為了解決上述問題，本發明公開了一種基于FFP-TF的中心波長穩定裝置與方法，本發明可以提高強度解調系統的分辨力、量程和信噪比。

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于FFP-TF的中心波長穩定裝置，包括ASE光源、第一光環形器、F-P傳感器、第二光環形器、FFP-TF、第一光電轉換器、第二光電轉換器、除法器、ADC、FPGA、DAC和壓電陶瓷驅動器；

ASE光源的出射光經過第一光環形器后，入射到F-P傳感器進行調制并反射，再依次經過第一光環形器、第二光環形器和FFP-TF后分成反射光路和透射光路，反射光路再次經過第二光環形器后，由第一光電轉換器轉換為第一路電壓信號，透射光路由與反射光路等價的光纖傳輸后，由第二光電轉換器轉換為第二路電壓信號，第一路電壓信號與第二路電壓信號共同接入除法器，所述除法器將第一路電壓信號除以第二路電壓信號，所得結果經ADC轉換后，輸入給FPGA，所述FPGA將ADC轉換后的結果轉換為驅動信號，經過DAC轉換后，輸入給壓電陶瓷驅動器，驅動FFP-TF的端面。

上述基于FFP-TF的中心波長穩定裝置，所述的F-P傳感器包括一個固定的半反半透面，和一個隨振動信號發生振動的透射率小于10%的反射面；ASE光源的出射光經過第一光環形器后，先入射到半反半透面。

上述基于FFP-TF的中心波長穩定裝置，還包括PC，所述PC與FPGA通信。

一種在上述基于FFP-TF的中心波長穩定裝置上實現的基于FFP-TF的中心波長穩定方法，包括以下步驟：

S1、采集振動信號

F-P傳感器的反射面隨聲波振動，改變從半反半透面透射再經過反射面反射到半反半透面的光束的相位，使半反半透面前端的干涉光承載振動信息；

S2、提取窄帶光

FFP-TF的透射光路與入射光路光頻率成分相同，反射光路只包含入射光路光頻率成分的一部分，在反射光路減小帶寬；

S3、去噪

利用FFP-TF反射光路轉換得到的電壓信號除以FFP-TF透射光路轉換得到的電壓信號，去掉從ASE光源到除法器之間，信號傳輸所產生的噪聲；

S4、驅動信號轉換

將除法器的輸出結果進行數學轉換，轉換成壓電陶瓷驅動器的驅動信號；

S5、調整FFP-TF反射光路的中心波長

利用步驟S4得到的驅動信號，驅動壓電陶瓷驅動器，改變FFP-TF腔長，調整FFP-TF反射光路的中心波長。

上述基于FFP-TF的中心波長穩定方法，步驟S3所述的信號包括：