[发明专利]基于双F-P干涉仪的比值条纹计数法及其位移传感器解调系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤位移传感器相位动态解调的方法和装置，具体涉及一种基于双F-P干涉仪的比值条纹计数法及其位移传感器解调系统。

背景技术

F-P干涉型光纤传感器，具有测量精度高、可单端检测和光路简单等优点，具有广阔的应用前景（如大坝、桥梁的应压力检测和大型机械的安全检测及石油和军事等领域）。光纤F-P传感器的信号提取可以采用强度解调或相位解调两种方法。相位解调法精确，但相对复杂、成本高；强度解调方法，如条纹计数法，原理简单、成本低廉，因而具有一定优势。但是在干涉信号极值（波峰或波谷）处不能根据光强变化来判断相位的增减，这就是条纹计数法中的判向难题。迄今，为解决该问题所提出的可行方法主要是双干涉光路法。该方法利用两路正交信号与条纹走向存在的一一对应关系实现条纹判向，其关键是如何产生两路正交信号。暨南大学赵中华等提出使两光纤端面距离差保持为λ/8（约191nm，工作波长为1530nm时），则两F-P腔的干涉光形成具有π/2固定相位差的正交信号。但是目前的光纤端面加工工艺无法满足这种精度要求。武汉理工大学童斌等提出基于随机相位差的双光纤F-P结构，重点解决了条纹判向的问题，但此方法存在两个缺陷：一、需要事先确定传感单元类型，二、需要动态改变判断阈值来消除腔长增加所导致的光强衰减的影响，所以系统精度不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于双F-P干涉仪的比值条纹计数法及位移传感器解调系统，采用基于随机相位差的双光纤F-P干涉仪和DSP信号处理模块，实现双通道并行采样和高速条纹计数，并实时显示位移测量值。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于双F-P干涉仪的比值条纹计数法，包括以下步骤：

1）激光器发出的激光经光纤隔离器、光纤耦合器被分为光强相近的两束光，两束光分别经过A、B两路单模光纤后通过传感单元入射到被测物体表面；

2）A、B两路单模光纤端面的反射光分别和被测物体表面的反射光产生干涉，输出的两路干涉光强信号经过光电探测器接收，转换成电流信号；

3）步骤2）获得的两路电流信号经前置放大单元放大后经DSP信号处理模块的A/D模数转换器采样后转换为数字信号，数字信号经滤除低频噪声后通过运算和计数获得解调结果；

i）具体运算算法步骤如下：

A、B两路单模光纤接收到的干涉光强信号I_A、I_B分别表示为

I_A=I_A0cos(φ(t))    （1）

I_B=I_B0cos(φ(t)+φ₀)    （2）

其中，

φ(t)=2π2nL(t)λ---(3)]]>

φ0=2π2nΔdλ---(4)]]>