[發(fā)明專利]一種雙干涉儀匹配解調(diào)的光纖傳感測量方法及裝置

在審

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• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107014412A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江毅;賈景善;姜瀾
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 北京理工正陽知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11639
• 代理人: 毛燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙干涉儀匹配解調(diào)的光纖傳感測量方法及裝置，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對光纖干涉型傳感器(如Michelson、Mach-Zehnder、Fabry-Perot、外腔式Fabry-Perot等)進(jìn)行解調(diào)的方案主要有相位載波(PGC)法、基于3×3光纖耦合器的零差解調(diào)法、正交信號解調(diào)法及正交工作點(diǎn)直接測量法等。這些測量方法可以用來解調(diào)干涉儀的輸出信號，滿足不同條件下的測試需要。

正交工作點(diǎn)直接測量法是利用干涉型傳感器干涉條紋的線性段，將傳感器光程差的變化轉(zhuǎn)換為輸出光光強(qiáng)變化的一種解調(diào)方法。相較于其余幾種常見的解調(diào)方法，正交工作點(diǎn)直接測量法簡單，響應(yīng)速度快，靈敏度高，適合小振幅信號的快速測量，且既可以測量靜態(tài)信號，也可以測量動態(tài)信號。其不足之處在于需要將干涉儀保持在正交工作點(diǎn)上，且測量范圍較窄，最重要的是其極易受到環(huán)境因素的干擾。

正交工作點(diǎn)直接測量法依賴于對輸出光光強(qiáng)的直接檢測，而傳輸光纖、探測器、耦合器等光學(xué)器件的擾動都會引起輸出光強(qiáng)的改變，而且激光器的波長和光強(qiáng)受環(huán)境溫度等因素的影響也會產(chǎn)生漂移，對測量結(jié)果產(chǎn)生不利影響。為了克服正交工作點(diǎn)直接測量法的缺陷，消除干擾信號，已經(jīng)有一些研究對其進(jìn)行了完善和改良：在2001年的時候，美國弗吉尼亞理工學(xué)院的王安波等人提出了一種使用寬帶光源的基于自校正干涉強(qiáng)度解調(diào)法(Self-Calibrated Interferometric–Intensity-Based)，將從傳感器反射的寬帶光分為兩部分，通過對被測量不敏感的輸出信號補(bǔ)償光源光強(qiáng)的波動，獲取準(zhǔn)確的被測信號[Anbo Wang et al,Self-Calibrated Interferometric–Intensity-Based Optical Fiber Sensors,JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,2001,19(10):1495～1501]；2013年時，童杏林等人提出了一種自校準(zhǔn)激光光源模塊，通過一個閉環(huán)電路來控制激光器的輸出功率的穩(wěn)定，從而保證整個解調(diào)系統(tǒng)的測量精度[童杏林等.光纖F-P聲發(fā)射傳感器的信號解調(diào)系統(tǒng)：中國專利,CN103308146A.2013-09-18]。但是，這些方法也都存在一些局限性，王安波等人提出的方法使用的光源為LED或SLED，光源的輸出功率有限，影響整個系統(tǒng)的信噪比，測量精度較低；童杏林等人提出的方法使用一個反饋電路調(diào)節(jié)光纖FP可調(diào)諧濾波器，從而達(dá)到控制激光器輸出的目的，然而，光纖FP可調(diào)諧濾波器涉及到了壓電陶瓷元件，受壓電陶瓷的磁滯效應(yīng)及其自身穩(wěn)定性的影響，對激光器的調(diào)節(jié)存在滯后和誤差，反饋電路自身需要進(jìn)行一些運(yùn)算，限制了其響應(yīng)速度，會對解調(diào)精度帶來不利影響。此外，還存在別的一些穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法，如通過調(diào)節(jié)激光器的溫控來調(diào)節(jié)其輸出激光的參數(shù)[江毅.高級光纖傳感技術(shù).北京:科學(xué)出版社,2009:171]，但這些方法并不能補(bǔ)償激光器微小的波長漂移。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有正交工作點(diǎn)直接測量法易受干擾信號的影響而導(dǎo)致靈敏度不夠高的問題，提出一種雙干涉儀匹配解調(diào)的光纖傳感測量方法及裝置。該技術(shù)使用雙干涉儀進(jìn)行無源補(bǔ)償，消除光譜功率和波長的微小波動，以及外界共模干擾的影響，提高測量靈敏度。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種雙干涉儀匹配解調(diào)的光纖傳感測量方法，具體步驟如下：

步驟一、在現(xiàn)有正交工作點(diǎn)直接測量法的基礎(chǔ)上引入?yún)⒖几缮鎯x；

步驟二、雙干涉儀匹配解調(diào)；正交工作點(diǎn)直接測量法中的傳感干涉儀用于采集包含干擾信息的待測信號；參考干涉儀用于采集干擾信號；

步驟三、將步驟二傳感干涉儀和參考干涉儀獲取的信號通過光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電信號，而后使用減法器將兩路信號求差，即可得到消除干擾后的待測信號。

實(shí)現(xiàn)一種雙干涉儀匹配解調(diào)的光纖傳感測量方法的裝置，包括：激光器，耦合器組，傳感干涉儀，參考干涉儀，光電轉(zhuǎn)換模塊，減法器和溫度控制模塊；

溫度控制模塊將激光器的輸出光波長移動并穩(wěn)定到兩個干涉儀的線性工作區(qū)，激光器發(fā)射的激光通過耦合器組注入傳感干涉儀和參考干涉儀，傳感干涉儀和參考干涉儀輸出的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換放大后，通過減法器做減法運(yùn)算并輸出解調(diào)信號。

傳感干涉儀和參考干涉儀包括：雙光束干涉儀和多光束干涉儀兩種類型。