[發(fā)明專利]一種采用絕對(duì)法的非平衡光纖干涉儀臂長(zhǎng)差測(cè)量裝置及測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811591598.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110186500B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張軍;陳毅;趙涵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所
• 主分類號(hào): G01D18/00
• 分類號(hào): G01D18/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發(fā)明涉及一種采用絕對(duì)法的非平衡光纖干涉儀臂長(zhǎng)差測(cè)量裝置及測(cè)量方法。主要包含激光器、信號(hào)生成器、光纖拉伸器、非平衡光纖干涉儀、光信號(hào)接收及處理器等部件，激光器連接到光纖拉伸器的光纖輸入接口，信號(hào)生成器連接到光纖拉伸器的電信號(hào)接口，光纖拉伸器的光纖輸出接口連接到非平衡光纖干涉儀的光纖輸入接口，非平衡光纖干涉儀的光纖輸出接口連接到光信號(hào)接收及處理器。所述的測(cè)量方法主要包含三大步驟，控制激光器產(chǎn)生光信號(hào)；通過(guò)包含相關(guān)參數(shù)的絕對(duì)方程計(jì)算出非平衡光纖干涉儀的臂長(zhǎng)差。本發(fā)明的有益效果為：通過(guò)構(gòu)成簡(jiǎn)單、成本低廉的測(cè)量裝置及簡(jiǎn)便的測(cè)量方法和操作步驟能快速、準(zhǔn)確獲得非平衡光纖干涉儀的臂長(zhǎng)差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體屬于干涉型光纖傳感系統(tǒng)中的參數(shù)檢測(cè)設(shè)備，主要是一種采用絕對(duì)法的非平衡光纖干涉儀臂長(zhǎng)差測(cè)量裝置及測(cè)量方法。

背景技術(shù)

光纖干涉儀是基于光學(xué)干涉現(xiàn)象的儀器，是一種重要的光纖傳感器件，是光纖傳感系統(tǒng)里不可或缺的核心部件之一。干涉現(xiàn)象是光學(xué)的基本現(xiàn)象，利用光纖實(shí)現(xiàn)光的干涉，是光干涉現(xiàn)象的重要應(yīng)用。光路具有柔軟、形狀可隨意變化、傳輸距離遠(yuǎn)、可適用于各種有強(qiáng)電磁干擾、易燃易爆等惡劣環(huán)境，從而可以構(gòu)造出各種結(jié)構(gòu)的干涉儀和許多功能器件，如光纖陀螺、光開(kāi)關(guān)、光定位器件等，有廣泛的應(yīng)用前景。光纖干涉儀的干涉實(shí)現(xiàn)主要包括分光和合束兩個(gè)過(guò)程。在光纖中，可以通過(guò)靈活設(shè)計(jì)使光在一處分開(kāi)，然后以不同的方式在光纖中傳播，最后在另一處合并，滿足干涉條件就發(fā)生干涉現(xiàn)象。光纖干涉儀至少包含一個(gè)耦合器和兩個(gè)光纖臂，其中一個(gè)光纖臂是信號(hào)臂，也稱作感應(yīng)臂或者傳感臂，另一個(gè)光纖臂的是參考臂。光纖干涉儀主要傳感原理為：被測(cè)信號(hào)作用于光纖干涉儀的信號(hào)臂引起臂長(zhǎng)的改變，導(dǎo)致該信號(hào)臂內(nèi)的光波相位發(fā)生變化，而光波相位改變會(huì)導(dǎo)致干涉后的輸出光強(qiáng)相位發(fā)生變化，檢測(cè)輸出光強(qiáng)相位的變化就可以得到被測(cè)信號(hào)的信息。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，光纖干涉儀存在臂長(zhǎng)差更有利于信號(hào)處理。目前，具有代表性的光纖干涉儀可以分為光纖法布里-珀羅干涉儀(Fabry-PerotInterferometer，F(xiàn)PT)、馬赫-澤德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)、邁克爾遜干涉儀(Michelson Interferometer，MI)和薩格納克干涉儀(Sagnac Interferometer，SI)四種類型。

光纖干涉儀的感應(yīng)臂和參考臂之間的臂長(zhǎng)差決定了傳感器的性能與靈敏度，因此，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)差的方法主要包括電流調(diào)制和觀察干涉儀條紋可見(jiàn)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。這些方法及相應(yīng)的測(cè)量裝置的構(gòu)成普遍過(guò)于復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本過(guò)高，動(dòng)態(tài)范圍有限，操作步驟繁瑣。個(gè)別方法僅限于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種采用絕對(duì)法的非平衡光纖干涉儀臂長(zhǎng)差測(cè)量裝置及測(cè)量方法，能夠快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確得到非平衡光纖干涉儀的臂長(zhǎng)差值。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的。這種采用絕對(duì)法的非平衡光纖干涉儀臂長(zhǎng)差測(cè)量裝置主要包含激光器、電信號(hào)生成器、光纖拉伸器、非平衡光纖干涉儀、光信號(hào)接收器、控制及處理器等部件，激光器連接到光纖拉伸器的光纖輸入接口，電信號(hào)生成器連接到光纖拉伸器的電信號(hào)接口，光纖拉伸器的光纖輸出接口連接到非平衡光纖干涉儀的光纖輸入接口，非平衡光纖干涉儀的光纖輸出接口連接到光信號(hào)接收器的光纖輸入接口，控制及處理器分別連接到激光器、電信號(hào)生成器、光信號(hào)接收器。所述的光信號(hào)接收器用于將接收到的非平衡光纖干涉儀的干涉光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并將電信號(hào)輸送到控制及處理器中。所述的控制及處理器用于控制激光器和電信號(hào)生成器分別產(chǎn)生光信號(hào)和電信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖拉伸器上的交流電信號(hào)幅值，實(shí)時(shí)接收光信號(hào)接收器的電信號(hào)，并進(jìn)行觀察、分析、計(jì)算，得到非平衡光纖干涉儀的臂長(zhǎng)差值。