[發(fā)明專利]一種消除光強擾動的高穩(wěn)定性光纖傳感裝置及解調(diào)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610876459.7
• 申請日: 2016-10-08
• 公開（公告）號: CN106644031B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張愛玲;張帥
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

一種消除光強擾動的高穩(wěn)定性光纖傳感裝置及解調(diào)方法。通過在參考光纖上引入了一個幅度恒定的正弦參考信號對光強擾動進行估計，消除光強不穩(wěn)定引起的解調(diào)失真，提高傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在信號分離部分，利用解波分復(fù)用器對參考信號和待測信號進行分離。在解調(diào)部分通過對包含參考信號的干涉光強進行解調(diào)得到光強的變化，然后對待測信號的解調(diào)結(jié)果進行補償。本發(fā)明的優(yōu)點是：基于本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)和解調(diào)方法，可以有效消除光源不穩(wěn)定引起的解調(diào)失真。本發(fā)明利于光纖傳感的陣列化，并可以使解調(diào)效果更加優(yōu)越。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于干涉型光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種可以消除光強干擾的高穩(wěn)定性的光纖傳感裝置和方法。

背景技術(shù)

振動廣泛存在于工業(yè)活動和人們的生活當(dāng)中,如地震,機械工業(yè)中機床的運轉(zhuǎn),鐵路和橋梁等的晃動等。實現(xiàn)對振動的傳感對地震的早期預(yù)測，機械部件工作狀態(tài)的檢測,鐵路和橋梁的安全監(jiān)測，以及對長距離輸油、輸電線路安全的保證，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

光纖傳感傳送頻帶寬、信息容量大、傳輸損耗低,適合遙測遙控；對外界環(huán)境變化敏感,對多種物理量具有優(yōu)良的傳感性能；可通過陣列式或分布式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)大規(guī)模、長距離傳感等。

相位生成載波調(diào)制解調(diào)是通過在干涉儀中引入檢測信號帶寬外的某一頻率的大幅度相位調(diào)制信號,使所檢測信號成為這些大幅度載波的邊帶,然后在接收端利用PGC解調(diào)算法對待測信號進行提取。然而傳統(tǒng)的PGC解調(diào)算法易受到光強不穩(wěn)定的影響，當(dāng)光纖傳感器中光的強度不穩(wěn)定時，解調(diào)結(jié)果將發(fā)生失真。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決當(dāng)光纖傳感器中光強度不穩(wěn)定使解調(diào)結(jié)果發(fā)生失真的問題，提出一種消除光強擾動的高穩(wěn)定性光纖傳感裝置及解調(diào)方法。該傳感裝置中引入一個振幅恒定的參考信號與待測信號一起進行調(diào)制，在接收端利用解波分復(fù)用器對待測信號與參考信號進行分離，其解調(diào)方法采用基于參考補償?shù)腜GC解調(diào)算法，通過光強干擾對參考信號的影響測量光強擾動，進而對待測信號進行補償，消除光強干擾對解調(diào)結(jié)果的影響，提高傳感裝置的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種消除光強擾動的具有高穩(wěn)定性的光纖傳感裝置，該傳感裝置如圖1所示，包括：寬帶光源，隔離器，光纖傳感陣列，光電探測器陣列，數(shù)據(jù)采集卡及微型計算機；所述寬帶光源經(jīng)過隔離器與光纖傳感陣列相連，光纖傳感陣列輸出的光信號由光電探測器陣列進行檢測，之后由數(shù)據(jù)采集卡對光電探測器陣列的輸出信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再利用微型計算機中的解調(diào)算法對輸出信號進行數(shù)據(jù)處理。

所述的光纖傳感陣列的組成方式如圖2所示：2×2耦合器C0的a端口作為光纖傳感陣列的輸入端與隔離器連接，2×2耦合器C0的c端口接波分復(fù)用器M1輸入口，波分復(fù)用器M1的輸出口和傳感臂陣列相連接(所述的傳感臂陣列由n個傳感臂組成，所述2×2耦合器C0的c端口接波分復(fù)用器輸入口，波分復(fù)用器具有N個輸出端口，N≥2n，其中2n個波分復(fù)用器的輸出端口分別連接2×1耦合器C1，C2…Cn的a/b端，每個2×1耦合器的c端口各連接一個傳感光纖F1，F(xiàn)2…，或Fn，每個傳感光纖的另外一端接兩個光纖光柵B1、B2，…，或B2n-1、B2n，兩個光纖光柵B2n-1、B2n的中心波長分別與對應(yīng)2×1耦合器Cn的a/b端口所連接波分復(fù)用端口的波長一致，兩個光纖光柵之間的光纖上各纏有一個壓電陶瓷P1，…或Pn)，2×2耦合器C0的d端口接參考臂(所述的參考臂由參考光纖F0、法拉第旋轉(zhuǎn)鏡L及壓電陶瓷P0構(gòu)成，2×2耦合器C0的d端口連接參考光纖F0，參考光纖的另一端和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡L相連接，參考光纖上纏有一個壓電陶瓷P0)，傳感臂陣列信號與參考臂信號在2×2耦合器C0的b端口干涉輸出。

所述的光電探測器陣列由解波分復(fù)用器M2和2n個光電探測器D1,D2…D2n構(gòu)成，如圖3所示；所述2×2耦合器C0的b端口連接解波分復(fù)用器M2的輸入端口。解波分復(fù)用器M2具有N個輸出端口(N≥2n)，其中2n個輸出端口各連接一個光電檢測器。

所述的傳感光纖為普通的單模光纖，待測信號加載到此光纖上，光纖長度可根據(jù)具體需求進行調(diào)整。