[发明专利]基于双激光光源锁频与拍频测量的光纤光栅信号解调系统

说明书

一种基于双激光光源锁频与拍频测量的光纤光栅信号解调系统，包括：一第一、第二激光锁频传感光路；一第一探测器与第一激光锁频传感光路连接；一第二探测器与第二激光锁频传感光路连接；一数据采集器与第一、第二探测器连接；一第三耦合器与第一、第二激光锁频传感光路连接；一第三探测器与第三耦合器连接；一函数信号发生器与第一、第二激光锁频传感光路连接；一数据处理器与数据采集器连接；一信号处理器与数据处理器连接，该信号处理器分别与第一、第二激光锁频传感光路连接，该信号处理器还与第三探测器连接。本发明可进一步提高光纤光栅宽频带信号的测量精度。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种基于双激光光源锁频与拍频测量的光纤光栅信号解调系统。

背景技术

在过去的三十年中，快速发展的光纤光栅传感技术由于具有全光传感与传输、抗电磁干扰、耐高温高压、易于组建大规模传感网络等优势，在土木工程、石油勘探、惯性导航、交通运输等众多领域具有重要的应用。近年来，国外诸多研究机构开始开展高精度的光纤光栅波长/应变测量方法与核心技术研究。

在2010年以前，国际上主要采用激光锁频传感技术和光频梳技术来提高光纤光栅信号测量精度，但只能实现动态/准静态的光纤光栅波长/应变测量，而不能实现真正意义上的静态信号测量。例如，澳大利亚国立大学基于激光锁频传感技术实现了100Hz-100kHz频带范围内10-12量级的应变测量(J.H.Chow，et al.，J.Lightwave Technol，，vol.23，pp.1881-1889，2005.)、在0.05Hz频点上的应变测量精度达到10-9(T.T.Y.Lam，et al.，Journal，vol.9，983-986，2009.)。特别是在2010年，意大利国家光学研究所采用光学频率梳技术方案，将光纤光栅的应变测量精度提高到10-13量级，在低频段(0.01Hz)也具有较高的测量精度(G.Gagliardi，et al.，Science，vol.330，1081，2010)。上述方法均不能用于测量静态信号，主要是因为两个方面：一方面是因为光纤光栅对应变和温度交叉敏感，在低频段光纤光栅的温度响应与应变响应将相互响应，必须要进行温度补偿；另一方面是因为激光光源自身的频率噪声在低频段较大，也必须要抑制或者补偿。

2010年以来，日本东京大学/上海交通大学、中国科学院半导体研究所均提出了多种基于参考补偿方法的高精度光纤光栅静态信号测量技术方案。例如，日本东京大学采用窄线宽可调谐激光器和两个光纤光栅在DC-几十秒频带范围内实现了10-8量级的静态应变测量(Qingwen Liu，Zuyuan He，et al.，SPIE Four European Workshop on OpticalFibre Sensors，vol.7653，76530W，2010.)、采用激光锁频传感和两个光纤光栅谐振腔在DC-7Hz频带范围内实现10-9量级的宽频带应变信号测量(Qingwen Liu，Zuyuan He，etal.，Optics Letters，vol.37(3)，434-436，2012.)。上海交通大学采用双激光锁频传感环路以及两个光纤光栅谐振腔实现了高精度的宽频带(DC-250Hz)应变信号测量，在大于10Hz的频率范围内应变测量精度优于10-10(Jiageng Chen，vol.41(5)，1066-1069，2016)。中国科学院半导体研究所采用窄线宽可调谐激光器、两个光纤光栅谐振腔和小波域互相关的波长差解调算法在DC-10Hz频带范围内实现了10-9量级的静态应变测量(Wenzhu Huang，et.al.，Photonics Technilogy Letters，vol.13，pp.14041-14054，2014)、采用了激光边带扫频调制技术和两个光纤光栅谐振腔在DC-10Hz频带范围内实现了10-10量级的静态应变测量(Wenzhu Huang，et.al.，Optics Letters，vol.40(7)，229133，2015)。