光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法及其裝置的製作方法
2023-05-16 03:43:51
專利名稱：光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於光纖傳感技術領域，特別是涉及一種光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法 及其裝置。
背景技術：
光纖傳感器具有安全、不受電磁幹擾、便於聯網與遠距離遙測、適於惡劣環境等一系列 優點，已逐漸成為新一代傳感器的主流發展方向之一。
光纖幹涉儀傳感解調方案可分為強度解調和相位解調兩大類。強度解調法由於易受外界 幹擾不能用於高精度測量。相位解調可以獲得高分辯率的腔長變化解調。目前，相位解調法 有條紋計數法、傅立葉強度譜法、白光幹涉法等。條紋計數法易受條紋畸變影響從而影響精 度，且不能用於傳感器的空間頻率復用。傅立葉強度譜法用於受到光譜範圍的影響解析度有 限，解調短光程差幹涉儀時解析度低。白光幹涉法可以用於精度較高的光程解調，硬體法解 調成本較高；軟體法運算速度較低，對短腔長琺珀腔解調解析度有待提高。
發明內容
本發明所要解決的技術方案是提供一種光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法，該方法 可以大大降低對幹涉儀傳感器光譜採樣分辯率的要求，避免了傳統基於光譜解調方法成本高 的缺點，同時又具有很高的解調解析度。
本發明還要提供上述方法的解調裝置。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法，該 方法包括以下步驟1)探測光纖幹涉儀傳感器的光譜；2)將探測到的光譜送到計算機中進 行傅立葉或Z頻譜變換，得到光纖幹涉儀傳感器反射信號的幅度譜和相位譜。3)從幅度譜得 到光纖幹涉儀傳感器的大致中心頻率，然後固定該頻率點監測該點相位的變化；通過相位譜 可以換算得到光纖幹涉傳感器的光程變化。
本發明的有益效果是本發明通過監測光纖幹涉傳感器光譜頻譜變換後中心頻點處對應 相位譜上相位的變化，得到幹涉傳感器的光程差變化，根據採樣定律，得到相位譜所需光譜 採樣點數較少，可以大大降低對光譜探測裝置的要求，從而降低解調成本；與傳統探測強度 頻譜中心頻率變化相比，相位譜上傳感器中心頻點對光程差很敏感，具有很高靈敏度或分辨 率；通過監測固定頻點相位大小的方法耗時少，因而裝置具有很好的動態響應能力。
圖l是本發明的解調裝置的結構示意圖。 圖2是本發明的另一種解調裝置的結構示意圖。 圖3是本發明的光纖幹涉傳感器的光譜圖。 圖4是本發明的光譜進行頻譜變換後的幅度譜和相位譜。
具體實施例方式
本發明的解調方法是1)探測光纖幹涉儀傳感器的光譜。可以有兩種方法探測光纖幹 涉儀的光譜第一種是將寬帶光源或多波長光源發出的光經過耦合器或環形器後，將光打入 光纖幹涉儀傳感器中，通過光纖幹涉儀傳感器的反射光信號或透射光信號再返回上述耦合器 或環形器的另一端，再進入光譜探測裝置中，得到光纖幹涉儀傳感器的光譜；第二種是將波 長可調諧光源發出的光經過耦合器或環形器後，將光打入光纖幹涉儀傳感器中，通過光纖幹 涉儀傳感器的反射光信號或透射光信號再返回上述耦合器或環形器的另一端，再進入光電探 測器中，得到光纖幹涉儀傳感器的光譜。2)將探測到的光譜送到計算機中進行傅立葉或Z頻 譜變換，得到光纖幹涉儀傳感器反射信號的幅度譜和相位譜。3)從幅度譜得到光纖幹涉儀 傳感器的大致中心頻率，然後固定該頻率點監測該點相位的變化；通過相位譜可以換算得到 光纖幹涉傳感器的光程變化。
如圖1所示，本發明的裝置包括寬帶光源或多波長光源、耦合器或環形器、光纖幹涉儀 傳感器、光譜探測裝置和計算機，按光路依次為寬帶光源或多波長光源、耦合器或環形器 、光纖幹涉儀傳感器，所述耦合器或環形器與光譜探測裝置連接，所述光譜探測裝置與計算 機連接。
如圖2所示，本發明的另一種裝置包括波長可調諧光源、耦合器或環形器、光纖幹涉儀 傳感器、光電探測器和計算機，按光路依次為波長可調諧光源、耦合器或環形器、光纖幹 涉儀傳感器，所述耦合器或環形器與光電探測器連接，所述光電探測器與計算機連接。
上述從光纖幹涉儀傳感器的反射光信號被光譜探測裝置探測到，如圖3所示，將圖3所得 到的光譜圖進行傅立葉變化後得到圖4所示的幅度譜和相位譜，從強度譜上找到光纖幹涉儀 傳感器的中心頻點A，對應於中心頻點A處相位譜上的相位P，通過監測相位P的變化即可得到 傳感器在外界參量作用下的光程變化，從而實現傳感。
本發明通過監測光纖幹涉儀傳感器中心頻點處相位譜上該頻點處相位的變化，完全不同 於傳統的監測傳感器強度譜中心頻點變化的方法。
上述光纖幹涉儀傳感器可以是琺珀幹涉儀、麥可遜幹涉儀、環形腔幹涉儀或馬赫曾德幹涉儀等，其中麥可遜幹涉儀利用其反射光信號，馬赫曾德幹涉儀利用其透射光信號，琺 珀幹涉儀和環形腔幹涉儀利用其反射光信號或透射光信號。
權利要求
1.光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟1)探測光纖幹涉儀傳感器的光譜；2)將探測到的光譜送到計算機中進行傅立葉或Z頻譜變換，得到光纖幹涉儀傳感器反射信號的幅度譜和相位譜。3)從幅度譜得到光纖幹涉儀傳感器的大致中心頻率，然後固定該頻率點監測該點相位的變化；通過相位譜可以換算得到光纖幹涉傳感器的光程變化。
2 如權利要求l所述的光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法，其特 徵在於，所述步驟l)是將寬帶光源或多波長光源發出的光經過耦合器或環形器後，將光打 入光纖幹涉儀傳感器中，通過光纖幹涉儀傳感器的反射光信號或透射光信號再返回上述耦合 器或環形器的另一端，再進入光譜探測裝置中，得到光纖幹涉儀傳感器的光譜。
3 如權利要求l所述的光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法，其特 徵在於，所述步驟l)是將波長可調諧光源發出的光經過耦合器或環形器後，將光打入光纖 幹涉儀傳感器中，通過光纖幹涉儀傳感器的反射光信號或透射光信號再返回上述耦合器或環 形器的另一端，再進入光電探測器中，得到光纖幹涉儀傳感器的光譜。
4 如權利要求l、 2或3所述的光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法 ，其特徵在於，所述光纖幹涉儀傳感器是琺珀幹涉儀、麥可遜幹涉儀、環形腔幹涉儀或馬 赫曾德幹涉儀，其中麥可遜幹涉儀利用其反射光信號，馬赫曾德幹涉儀利用其透射光信號 ，琺珀幹涉儀和環形腔幹涉儀利用其反射光信號或透射光信號。
5 光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調裝置，其特徵在於，包括寬帶 光源或多波長光源、耦合器或環形器、光纖幹涉儀傳感器、光譜探測裝置和計算機，按光路 依次為寬帶光源或多波長光源、耦合器或環形器、光纖幹涉儀傳感器，所述耦合器或環形 器與光譜探測裝置連接，所述光譜探測裝置與計算機連接。
6 光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調裝置，其特徵在於，包括波長 可調諧光源、耦合器或環形器、光纖幹涉儀傳感器、光電探測器和計算機，按光路依次為 波長可調諧光源、耦合器或環形器、光纖幹涉儀傳感器，所述耦合器或環形器與光電探測器連接，所述光電探測器與計算機連接。
7.如權利要求5或6所述的光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調裝置， 其特徵在於，所述光纖幹涉儀傳感器是琺珀幹涉儀、麥可遜幹涉儀、環形腔幹涉儀或馬赫 曾德幹涉儀。
全文摘要
本發明提供一種光纖幹涉儀傳感器光程變化的解調方法，該方法包括以下步驟1)探測光纖幹涉儀傳感器的光譜；2)將探測到的光譜送到計算機中進行傅立葉或Z頻譜變換，得到光纖幹涉儀傳感器反射信號的幅度譜和相位譜；3)從幅度譜得到光纖幹涉儀傳感器的大致中心頻率，然後固定該頻率點監測該點相位的變化；通過相位譜可以換算得到光纖幹涉傳感器的光程變化。本發明通過監測光纖幹涉傳感器光譜頻譜變換後中心頻點處對應相位譜上相位的變化，得到幹涉傳感器的光程差變化，與傳統探測強度頻譜中心頻率變化相比，相位譜上傳感器中心頻點對光程差很敏感，具有很高靈敏度或解析度。
文檔編號G01D5/353GK101586969SQ20091030440
公開日2009年11月25日 申請日期2009年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者冉曾令 申請人:電子科技大學