[發明專利]基于雙折射晶體的光纖法珀聲振動傳感裝置及解調方法

在審

• 申請號: 201810589547.8
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108760021A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 王雙;江俊峰;劉鐵根;趙梓旭;劉琨;黃毅;閃晨曦
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種基于雙折射晶體的光纖法珀聲振動傳感裝置及解調方法，SLD寬帶光源發出光信號傳入到光纖法珀聲振動傳感器，并在外界聲振動信號的作用下受到調制，被調制后的光信號反射回1×2的耦合器，并通過一個1×4的耦合器分成四路信號，分別經過用于入射的光纖準直器陣列，受到起偏器陣列、雙折射晶體陣列和檢偏器陣列調制，受到調制的信號入射到用于接收的光纖準直器陣列，并經過光電探測器陣列四路光信號轉換成電信號；雙折射晶體陣列中的四個雙折射晶體具有不同的厚度，使得每路信號之間存在一個正交相位差，采集到四路干涉信號，結合四象限反正切得到相位信息，進而實現對聲振動信號的解調。與現有技術相比，本發明能夠保證測量精度。

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，特別是涉及一種基于雙折射晶體的光纖法珀聲振動傳感裝置及解調方法。

背景技術

光纖傳感技術由于具有光纖不帶電、抗電磁干擾、耐惡劣環境、靈敏度高、遠程監測、長期監測等優點，因此在一些重大工程、重大裝備和環境等多個領域得到了廣泛的應用。光纖法珀聲振動傳感是光纖傳感的一個重要分支，是利用光纖傳感技術來檢測聲振動信號，主要原理是光信號在受到聲場振動會使某些參量發生變化，利用光纖傳感技術檢測出此變化量，最后還原出聲振動信號。聲振動信號是一種變化速度快，由多種頻率成分組成的動態的微壓信號，研究人員對此提出多種解調方法。其中主要有干涉型強度解調法和干涉型相位解調法。干涉型強度解調法是指采用相干光源，對傳感器返回的光信號進行直接強度探測的解調方法。利用傳感器返回的光強與其腔長有關，聲振動信號引起腔長變化，進而使光強發生變化。但此方法需使傳感器的靜態工作點在線性區域內，才能使光強與腔長的變化滿足線性關系，這樣傳感器的靈敏度高、信號處理方法簡單、響應快，但受外界環境因素的影響下，傳感器的工作點容易偏離線性區，因此將降低傳感器的靈敏度和線性度，甚至會使信號嚴重畸變失真。

針對上述問題，研究人員提出了多種干涉型相位解調方法。這些方法主要是利用多路信號，并在多路信號之間引入一個相位差，以此來實現對聲振動信號的解調，其中多路信號之間引入正交的相位差得到最為廣泛的使用。其中如采用寬帶光源和濾波器的解調結構或采用多個單波長窄帶光來引入正交信號。但上述方法中必須針對傳感器的初始腔長來選擇光源的波長，一旦腔長發生漂移或者光源的波長沒有得到精確的控制，由此得到的多路干涉信號就不會滿足彼此正交的關系，進而造成解調誤差。

發明內容

針對上述的解調方法存在的問題，本發明提出了一種基于雙折射晶體的光纖法珀聲振動傳感裝置及解調方法，利用雙折射的特性，采用四個厚度不同的雙折射晶體來構建四路正交干涉信號，并通過對四路干涉信號計算處理，實現對聲振動信號的解調。

本發明提出一種基于雙折射晶體的光纖法珀聲振動傳感裝置及解調方法，該裝置包括SLD寬帶光源1、1×2的耦合器2、光纖法珀聲振動傳感器3、1×4的耦合器4、由光纖準直器5構成的用于入射的光纖準直器陣列6、由起偏器7構成的起偏器陣列8、由雙折射晶體9構成的雙折射晶體陣列10、由檢偏器11構成的檢偏器陣列12、由光纖準直器13構成的用于接收的光纖準直器陣列14、由光電探測器15構成的光電探測器陣列16和數據采集卡17；

SLD寬帶光源1與1×2的耦合器2，所述1×2的耦合器2與所述光纖法珀聲振動傳感器3連接；所述1×4的耦合器4分四路與所述光纖準直器陣列6、所述起偏器陣列8、所述雙折射晶體陣列10、檢偏器陣列12、所述光纖準直器陣列14連接，所述光纖準直器陣列6、所述起偏器陣列8、所述雙折射晶體陣列10、檢偏器陣列12、所述光纖準直器陣列14的四路輸出與所述光電探測器陣列16連接，所述光電探測器陣列16的輸出與數據采集卡17連接；

所述雙折射晶體陣列10中的四個雙折射晶體具有不同的厚度；

所述SLD寬帶光源1用于發出的光信號；

所述光纖法珀聲振動傳感器3用于將光信號在外界聲振動信號的作用下受到調制，被調制后的光信號反射回1×2的耦合器2，