[发明专利]一种抗振动与噪声干扰的光纤传感波长解调系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种抗振动与噪声干扰的光纤传感波长解调系统。

背景技术

光纤传感器是利用光纤来感知和传输外界信号的新型传感器。利用外界物理量对光波不同参量的调制，光纤传感器可以分为：波长调制型、光强调制型、相位调制型和偏振态调制型等类型。波长调制型光纤传感器具有抗干扰能力强、探头结构简单、便于大规模组网复用等优势，被广泛地应用于土木工程、交通工程、石油工业、航空航天、国防安全等诸多领域。

光纤光栅传感器是一种典型的波长调制型传感器。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性在纤芯形成的空间相位光栅，其反射峰的中心波长会随外界环境的温度、应力、压力的影响发生变化，因此可以通过封装，制作出温度、应变、压力、振动、水声等各种传感器。近年来还出现了以光纤光栅激光器作为传感元件的新一代波长调制型传感器，它利用光纤光栅的反射特性和选频作用，通过在一段高增益有源光纤写入光纤光栅形成光纤激光器结构。它输出的信号具有极窄的线宽，对外界的变化十分敏感。

波长调制型光纤传感器的波长解调方法主要有：边缘滤波法、F-P滤波法、匹配光栅法、成像光谱法等，这些方法的波长分辨率约为0.1pm。要达到更高的分辨率，必须采用干涉式解调法，利用非平衡光纤干涉仪，将光纤光栅中心波长的变化，转化为干涉仪输出光信号的相位变化，通过相位解调技术还原传感器中心波长的变化，能够达到极高的波长分辨率。常见的干涉式解调法有：相位跟踪法、3×3耦合器法和相位载波解调法(PGC)等。

对于干涉式解调方法，其使用的非平衡光纤干涉仪对外界的振动和噪声非常敏感，振动和噪声会带来非平衡光纤干涉仪两臂相位差的变化，这个相位变化叠加在传感器的中心波长位移经干涉仪所转化来的相位变化上，使得干涉条纹的相位信息中，不仅包含了传感器波长位移转化来的相位信号，也包含了干涉仪本身受到外界振动和噪声干扰而发生的相位变化，进而解调系统所解调出来的波长位移信号中也包含了干涉仪受外界振动与噪声干扰的影响。

为了防止振动和噪声的干扰，传统的方法是对干涉仪进行隔振、隔声封装。但是，采用这种方法制作的干涉仪体积大、重量重、结构复杂、工艺难度大并且对振动和噪声的隔离效果通常只能局限在有限频率范围内。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种抗振动与噪声干扰的光纤传感波长解调系统，具有体积小、重量轻、结构合理、工艺简单，能工作于较宽频率范围的优点。

本发明提供一种抗振动与噪声干扰的光纤传感波长解调系统，其特征在于，包括：

一光源，提供照射光；

一耦合器，该耦合器的输入端与光源的输出端经光纤连接；

一波长调制型传感器和波长型参考器，该波长调制型传感器和波长型参考器的输入端经光纤与耦合器的输出端连接，波长调制型传感器用来探测信号，而波长型参考器用来提供一路参考光；

一光纤隔离器，该光纤隔离器的输入端经光纤与耦合器的输入端连接，该光纤隔离器接收光源经耦合器到波长调制型传感器和波长型参考器的反射光；

一光纤干涉仪，该光纤干涉仪的输入端经光纤与光纤隔离器的输出端连接，用于将波长调制型传感器的中心波长位移信号转化为干涉条纹的相位信号；

一波长解复用模块，该波长解复用模块的输入端经光纤与光纤干涉仪的输出端连接，用于将波长调制型传感器和波长型参考器的光分开到各自的信道中；

一光电转换及放大电路，该光电转换及放大电路的两输入端经光纤与波长解复用模块的两输出端连接，用于将两路光信号转化为电压信号并进行放大；

一解调模块，该解调模块的两输入端与光电转换及放大电路的两输出端连接，用于解调出两路干涉条纹中的相位信号；

一减法器，该减法器的两输入端与解调模块的两输出端连接，用于将解调后的波长调制型传感器和波长型参考器的信号相减。

其中所述的光源为宽带光源或抽运光源；该宽带光源包括自发辐射光源、半导体超辐射二极管、半导体发光二极管。

其中所述的波长调制型传感器为光纤光栅传感器或光纤激光传感器。

其中所述的波长调制型传感器采用光纤光栅传感器时，波长型参考器选取一支与波长调制型传感器中心波长不同的光纤光栅。

其中所述的波长调制型传感器采用光纤激光传感器时，波长型参考器选取一支与波长调制型传感器中心波长不同的光纤激光器。

其中所述的波长型参考器进行隔振、隔声封装。