[發明專利]一種正交相位保持的三波長解調式光纖聲傳感系統和方法

有效

• 申請號: 201910828132.6
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN110470378B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 荊振國;彭偉;劉強;劉悅瑩;李昂;張楊;黃致遠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種正交相位保持的三波長解調式光纖聲傳感系統，其特征在于，所述的正交相位保持的三波長解調式光纖聲傳感系統包括波長控制和同步采樣模塊(1)、快速寬可調諧激光器(2)、光纖環形器(3)、Fabry–Perot干涉式光纖聲傳感器(4)、光電探測器(5)和數據處理模塊(6)；

所述的波長控制和同步采樣模塊(1)是計算機、單片機或FPGA核心板，內置控制激光波長對應的電流查找表；波長控制和同步采樣模塊(1)分別與快速寬可調諧激光器(2)、光電探測器(5)和數據處理模塊(6)相連接，波長控制和同步采樣模塊(1)實現快速寬可調諧激光器(2)的波長控制和輸出，并通過時鐘同步，同時進行光電探測器(5)數據的采集、轉換和傳輸至數據處理模塊(6)中；

所述的光纖環形器(3)，分別與快速寬可調諧激光器(2)、Fabry–Perot干涉式光纖聲傳感器(4)和光電探測器(5)相連接；光纖環形器(3)用于光信號的傳輸，將來自快速寬可調諧激光器(2)的光信號引入Fabry–Perot干涉式光纖聲傳感器(4)，反射光信號再次經過光纖環形器(3)被光電探測器(5)探測；

所述的光電探測器(5)是具備光纖輸入接口、直流耦合的高速光電探測器，將探測到的光強信號轉換為模擬信號，經波長控制和同步采樣模塊(1)采集后傳輸給數據處理模塊(6)進行信號處理和反饋控制；

所述的數據處理模塊(6)實現三個波長對應的光強信號的分離和腔長解調，并根據解調的腔長推導的正交相位偏離量判斷是否觸發波長控制和同步采樣模塊(1)調整三個輸出波長。

2.根據權利要求1所述的正交相位保持的三波長解調式光纖聲傳感系統，其特征在于，所述的波長控制和同步采樣模塊(1)，根據接收的用戶指令選擇進行全光譜掃描模式或三波長掃描模式。

3.根據權利要求1所述的正交相位保持的三波長解調式光纖聲傳感系統的腔長解調方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)波長控制和同步采樣模塊(1)控制快速寬可調諧激光器(2)進行線性波長掃描，通過光電探測器(5)同步采集強度數據，獲取Fabry–Perot干涉式光纖聲傳感器(4)的干涉光譜；

2)根據Fabry–Perot干涉式光纖聲傳感器(4)干涉光譜計算出初始腔長L₀，并確定具有正交相位差關系的三個波長λ₁、λ₂和λ₃；

3)通過波長控制和同步采樣模塊(1)控制快速寬可調諧激光器(2)進行三個選定波長的連續快速切換；

4)由三波長對應的強度數據I₁、I₂和I₃計算Fabry–Perot干涉式光纖聲傳感器(4)的實時腔長，公式如下：

其中為波長λ₂對應的相位角；m為整數，用以補償相位跳變；為相位變化量，ΔL為對應的腔長變化量；n為Fabry–Perot腔的折射率，在此處為1；L_t為實時腔長；

5)實時腔長L_t的交流成分L_AC用以表征聲信號；根據實時腔長L_t的直流成分L_DC計算三波長之間的正交相位偏離百分比ε：

6)當正交相位偏離百分比ε大于某一值X時，觸發正交相位鎖定步驟1)和2)，控制輸出滿足正交相位差關系的三個波長，并在此基礎上依次執行步驟3)至步驟6)，其中X的取值范圍為1％～10％。