[發明專利]一種光纖激光干涉型傳感器的移相解調法

有效

• 申請號: 201610404818.9
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN105865500B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 江毅;賈景善;姜瀾;付雷;鄒正峰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)11639
• 代理人: 唐華

技術領域

本發明涉及一種光纖激光干涉型傳感器的移相解調法，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

激光干涉解調技術可對Michelson、Mach-Zehnder、Fabry-Perot及外腔式Fabry-Perot(EFPI)等干涉儀進行解調。用來解調這些干涉儀動態信號常用的解調方案有相位載波(PGC)法、基于3×3光纖耦合器的零差解調法、正交工作點直接測量法、無源零差正交解調法等。

目前所知對光纖激光干涉型傳感器測量動態信號(振動、聲等)進行解調的比較好的方案是無源零差正交解調方案，它不受線性區間范圍限制，不包含有源器件，測量頻率高，適用范圍廣，通用性好，靈敏度高。以EFPI傳感器為例，這一方法包括雙F-P腔正交測量法[K.A.Murphy et al，Quadrature phase-shifted,extrinsic Fabry-Perotoptical fiber sensors，Optics Letters,1991,16(4):273-275]及雙波長正交測量法[O.B.Wright,Stabilized dual-wavelength fiber-optic interferometer for vibration measurement,Optics Letter,1991，16(1):56-58]，在獲得兩個正交的信號后，利用DCM(differential cross multipler)算法或反正切算法最終獲得所測信號。不過，利用雙F-P腔來獲取兩路正交信號的方法在實踐中制作傳感器上有較大困難，而雙波長正交測量法則更容易實現，因而雙波長正交測量得到了廣泛的應用。

經過多年的發展，無源零差正交解調法日臻成熟，但由于其對兩個信號的正交的依賴，其使用一直受到兩方面的限制：

(1)對于EFPI傳感器而言，為了獲取兩路正交信號，無論是用雙F-P腔來獲取正交信號，還是雙波長單F-P腔來獲取正交信號，都要求腔長與輸入激光的波長嚴格匹配，以保證兩路干涉信號正交。因此，一旦解調儀制造完成，EFPI傳感器的通用性及制作都有較大的困難。對于其他類型的光纖激光干涉型傳感器而言，嚴格控制其光程差(OPD)也是困難的。

(2)無論是DCM算法或反正切算法，都需要在解調過程的一開始就設法去掉原始信號中的直流量。經常采用的方法有兩種，其一就是用高通濾波器來去除直流量[O.B.Wright,Stabilized dual-wavelength fiber-optic interferometer for vibration measurement,Optics Letter,1991，16(1)，56-58]，但這種方法只有在振幅較大的情況下才適用，一旦相位調制幅度小于2π，該方法將無法正確解調；另外一種方法就是在使用解調儀之前測得直流量，然后做為預置參數輸入到解調程序中，這種方法顯然在實際使用中有諸多不便，每換一次傳感器都需要重新校準，且有些情況下無法獲得準確的直流量。

在2010年，我們提出了一種無源零差正交解調的相位補償方法[江毅,郭桂榮.一種無源零差正交解調技術的相位補償方法:中國專利,CN101713685A.2010-05-26]，對原始的兩路干涉信號進行處理和計算，然后補償兩路干涉信號偏離90°的相位差，雖然部分克服了上述第一個傳感器的制作及通用性受限的問題，但其在相位調制幅度小于2π時失效，仍然沒有徹底解決上述兩個問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有正交解調法的缺陷，提供一種光纖激光干涉型傳感器的移相解調法。該方法對干涉信號之間的相位差沒有特定的要求，解調儀制作完成后，可用于不同光程差的干涉儀，且通過原始信號之間的相互運算去掉直流量的影響，徹底解決了光纖激光干涉型傳感器測量動態信號所遇到的上述兩個問題。

為達到上述目標，本發明的具體實現方案如下。

一種光纖激光干涉型傳感器的移相解調法，具體步驟如下：