[發(fā)明專利]一種光纖干涉儀臂長(zhǎng)差的測(cè)量裝置及測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610329545.6
• 申請(qǐng)日: 2016-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN105865753B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊軍;王建國;侯長(zhǎng)波;苑勇貴;彭峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種光纖傳感器性能測(cè)量裝置，本發(fā)明還涉及一種光纖傳感器性能測(cè)量方法。具體地說是一種光纖干涉儀臂長(zhǎng)差的測(cè)量裝置及測(cè)量方法。

背景技術(shù)

隨著光通訊技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)由于其不受電磁干擾、結(jié)構(gòu)緊湊和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，也得到了迅速的發(fā)展。Mach-Zehnder型干涉儀(如圖4)和Machelson型干涉儀(如圖5)作為主要的傳感元，可直接用于檢測(cè)水聲、電流、磁場(chǎng)、溫度等物理量。目前的光纖干涉儀可以根據(jù)兩臂臂長(zhǎng)差是否相等分為平衡型和非平衡型兩種，平衡型光纖干涉儀由于其零臂差結(jié)構(gòu)可以有效減小噪聲。但是在頻率調(diào)制相位發(fā)生載波系統(tǒng)中，為了利于信號(hào)處理光纖干涉儀要有臂差。而且光纖干涉儀的主要傳感原理為：被測(cè)信號(hào)作用于光纖干涉儀的一臂引起臂長(zhǎng)的改變，導(dǎo)致光纖內(nèi)的光波的相位發(fā)生變化，而位相的改變會(huì)導(dǎo)致干涉后的輸出光強(qiáng)發(fā)生變化，檢測(cè)輸出光強(qiáng)的變化就可以得到待測(cè)信號(hào)的信息。所以干涉儀的臂長(zhǎng)差決定了傳感器的性能與靈敏度。綜上所述，精確測(cè)量光纖干涉儀臂長(zhǎng)差具有非常重要的意義。

目前測(cè)量光纖干涉儀臂長(zhǎng)差的方法主要有以下幾種：電流調(diào)制和觀察干涉儀條紋可見度法、白光干涉法、時(shí)域脈沖法、干涉儀干涉譜觀測(cè)法、光載微波法等方法。1983年英國的Dandridge在IEEE Journal of LightwaveTechnology.1(3)：514-516上發(fā)表文章“Zero Path-Length Difference in Fiber-Optic Interferometers”提出電流調(diào)制和觀察干涉條紋的方法，該方法首先通過電流來調(diào)制光源，利用干涉輸出強(qiáng)度與調(diào)制電流的關(guān)系計(jì)算長(zhǎng)度大于10mm的臂長(zhǎng)差，如果被測(cè)臂長(zhǎng)差的長(zhǎng)度大于10mm，則利用觀察干涉條紋，通過查看條紋間距的方法測(cè)量，這種方法相對(duì)來說技術(shù)比較復(fù)雜。白光干涉法的基本原理是：在白光干涉儀的一臂末端接上掃描鏡，另一臂接被測(cè)光纖干涉儀，通過移動(dòng)掃描鏡來引入?yún)⒖急坶L(zhǎng)，當(dāng)參考臂長(zhǎng)分別等于被測(cè)光纖干涉儀兩臂長(zhǎng)時(shí)，出現(xiàn)的反射峰值最大，分別讀出當(dāng)時(shí)的掃描鏡距離就可以得出被測(cè)光纖干涉儀的臂長(zhǎng)差。2007年哈爾濱工程大學(xué)楊軍等人發(fā)表在哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào).28(8)：740-742的文章“光纖Mach-Zehnder干涉儀臂長(zhǎng)差的精確測(cè)量”利用這種方法，達(dá)到了10微米的測(cè)量精度，但是這種方法的測(cè)量長(zhǎng)度主要受限于掃描臺(tái)的掃描范圍，所以可測(cè)量的臂長(zhǎng)差的長(zhǎng)度較短。時(shí)域脈沖法的主要原理為：將飛秒激光器輸出的光注入被測(cè)干涉儀，通過使用高速信號(hào)采集儀在信號(hào)輸出端測(cè)量從兩臂反射回的信號(hào)的時(shí)間差，來達(dá)到測(cè)量光纖干涉儀兩臂臂長(zhǎng)差的目的。飛秒激光器和高速信號(hào)采集儀都比較昂貴，所以使得這種方法的成本非常高。干涉儀干涉譜觀測(cè)法主要是利用光譜儀觀測(cè)寬譜光的干涉圖像，獲得相鄰谷值或峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)計(jì)算得到光程差。2005年黑龍江大學(xué)的余有龍等人發(fā)表在黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào).22(2)：216-218上的文章“非平衡全光纖干涉儀臂長(zhǎng)差測(cè)量方法的研究”利用這種方法，實(shí)現(xiàn)了20微米的測(cè)量精度。但是這種測(cè)量方法依賴于光譜儀的分辨率，并且和工作波長(zhǎng)有關(guān)，所以無法測(cè)量較長(zhǎng)的臂長(zhǎng)并且高分辨率光譜儀成本較高。2010年呂武略等人公開了一種光載微波的方法(中國專利申請(qǐng)?zhí)枺?01010603812.5)，通過將臂長(zhǎng)差信號(hào)調(diào)制到光載微波的相位上，解調(diào)微波的相位達(dá)到了測(cè)量臂長(zhǎng)差的目的。這種方法的測(cè)量范圍比較廣，能提供較高的測(cè)量精度，但是由于引入微波掃頻源、高速光電探測(cè)器等裝置，使得結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜，并且成本相對(duì)較高。PGC零差調(diào)制法需要在光纖干涉儀兩臂加上不同的電壓來補(bǔ)償兩臂的臂長(zhǎng)差，通過測(cè)量電壓差值計(jì)算得出光纖干涉儀兩臂的臂長(zhǎng)差。由于需要給光纖干涉儀兩臂加電壓，所以這種方法存在破壞傳感器的風(fēng)險(xiǎn)，無法應(yīng)用于已經(jīng)封裝成型的如水聽器等傳感裝置的臂長(zhǎng)差測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可自動(dòng)定標(biāo)、測(cè)量范圍廣和測(cè)量精度高的光纖干涉儀臂長(zhǎng)差的測(cè)量裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種光纖干涉儀臂長(zhǎng)差的測(cè)量方法。

本發(fā)明的光纖干涉儀臂長(zhǎng)差的測(cè)量裝置包括激光光源模塊10、被測(cè)光纖干涉儀模塊20、參考干涉儀模塊30和采集與控制模塊40；

所述的光源模塊由可調(diào)諧激光光源101、分布式反饋激光器102、第一光隔離器103、第二光隔離器103’和1×2光纖耦合器104構(gòu)成；