[发明专利]一种双干涉仪匹配解调的光纤传感测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种双干涉仪匹配解调的光纤传感测量方法及装置，属于光纤传感技术领域。

背景技术

对光纤干涉型传感器(如Michelson、Mach-Zehnder、Fabry-Perot、外腔式Fabry-Perot等)进行解调的方案主要有相位载波(PGC)法、基于3×3光纤耦合器的零差解调法、正交信号解调法及正交工作点直接测量法等。这些测量方法可以用来解调干涉仪的输出信号，满足不同条件下的测试需要。

正交工作点直接测量法是利用干涉型传感器干涉条纹的线性段，将传感器光程差的变化转换为输出光光强变化的一种解调方法。相较于其余几种常见的解调方法，正交工作点直接测量法简单，响应速度快，灵敏度高，适合小振幅信号的快速测量，且既可以测量静态信号，也可以测量动态信号。其不足之处在于需要将干涉仪保持在正交工作点上，且测量范围较窄，最重要的是其极易受到环境因素的干扰。

正交工作点直接测量法依赖于对输出光光强的直接检测，而传输光纤、探测器、耦合器等光学器件的扰动都会引起输出光强的改变，而且激光器的波长和光强受环境温度等因素的影响也会产生漂移，对测量结果产生不利影响。为了克服正交工作点直接测量法的缺陷，消除干扰信号，已经有一些研究对其进行了完善和改良：在2001年的时候，美国弗吉尼亚理工学院的王安波等人提出了一种使用宽带光源的基于自校正干涉强度解调法(Self-Calibrated Interferometric–Intensity-Based)，将从传感器反射的宽带光分为两部分，通过对被测量不敏感的输出信号补偿光源光强的波动，获取准确的被测信号[Anbo Wang et al,Self-Calibrated Interferometric–Intensity-Based Optical Fiber Sensors,JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,2001,19(10):1495～1501]；2013年时，童杏林等人提出了一种自校准激光光源模块，通过一个闭环电路来控制激光器的输出功率的稳定，从而保证整个解调系统的测量精度[童杏林等.光纤F-P声发射传感器的信号解调系统：中国专利,CN103308146A.2013-09-18]。但是，这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为LED或SLED，光源的输出功率有限，影响整个系统的信噪比，测量精度较低；童杏林等人提出的方法使用一个反馈电路调节光纤FP可调谐滤波器，从而达到控制激光器输出的目的，然而，光纤FP可调谐滤波器涉及到了压电陶瓷元件，受压电陶瓷的磁滞效应及其自身稳定性的影响，对激光器的调节存在滞后和误差，反馈电路自身需要进行一些运算，限制了其响应速度，会对解调精度带来不利影响。此外，还存在别的一些稳定静态工作点的方法，如通过调节激光器的温控来调节其输出激光的参数[江毅.高级光纤传感技术.北京:科学出版社,2009:171]，但这些方法并不能补偿激光器微小的波长漂移。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有正交工作点直接测量法易受干扰信号的影响而导致灵敏度不够高的问题，提出一种双干涉仪匹配解调的光纤传感测量方法及装置。该技术使用双干涉仪进行无源补偿，消除光谱功率和波长的微小波动，以及外界共模干扰的影响，提高测量灵敏度。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种双干涉仪匹配解调的光纤传感测量方法，具体步骤如下：

步骤一、在现有正交工作点直接测量法的基础上引入参考干涉仪；

步骤二、双干涉仪匹配解调；正交工作点直接测量法中的传感干涉仪用于采集包含干扰信息的待测信号；参考干涉仪用于采集干扰信号；

步骤三、将步骤二传感干涉仪和参考干涉仪获取的信号通过光电转换模块转换为电信号，而后使用减法器将两路信号求差，即可得到消除干扰后的待测信号。

实现一种双干涉仪匹配解调的光纤传感测量方法的装置，包括：激光器，耦合器组，传感干涉仪，参考干涉仪，光电转换模块，减法器和温度控制模块；

温度控制模块将激光器的输出光波长移动并稳定到两个干涉仪的线性工作区，激光器发射的激光通过耦合器组注入传感干涉仪和参考干涉仪，传感干涉仪和参考干涉仪输出的光信号经过光电转换模块转换放大后，通过减法器做减法运算并输出解调信号。

传感干涉仪和参考干涉仪包括：双光束干涉仪和多光束干涉仪两种类型。