[发明专利]一种简化式多路复用白光干涉光纤传感解调装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种测量装置，具体地说是一种简化式多路复用白光光纤干涉仪的传感解调的光纤阵列传感器。

(二)背景技术

采用低相干、宽谱带的光源的光纤干涉仪通常被称为白光光纤干涉仪。典型的光纤白光干涉仪如图1所示，其结构组成为利用光纤搭建Micheslon式干涉仪，并采用宽谱光源LED或者ASE对干涉仪进行驱动，为其提供光能，通过探测器探测白光干涉条纹实现对待测物理量的测量。其工作原理如下，由宽谱光源11发出的宽谱光进入单模光纤后，被3dB单模光纤2×2耦合器13分成两束，一束光进入被作为测量臂的单模光纤14，被其后端的光学反射面15反射后沿原路返回，经过单模光纤14、耦合器13到达光电探测器12，这束光称为测量信号光；由光源11发出光被耦合器13分路的另外一束光，进入作为参考臂的单模连接光纤16、自聚焦透镜17，经过移动反射镜18的反射后同样沿原路返回到达光电探测器12，这束光被称为参考信号光。测量信号光和参考信号光在探测器表面发生相干叠加，由于宽谱光源的相干长度很短，大约为几个微米到几十个微米，只有当参考信号光和测量信号光程差小于光源的相干长度时，才会产生相干叠加，输出白光干涉图样(参见附图2)。

如图2所示，白光干涉条纹的特征是有一个主极大值，称为中心条纹，它与零光程差为之相对应，即对应于参考光束和测量光束光程相等时，称为参考光束与测量光束具有光程匹配关系。通过改变光纤延迟线的延迟量，使参考信号的光程发生变化，可以获得中心干涉条纹。中心条纹的位置为测量提供了一个可靠的绝对位置参考，当测量光束由于外界待测物理量的影响光程发生变化时，只需通过参考臂光程扫描得到的白光干涉条纹的位置变化，即可获得被测量物理量的绝对值。与其他光纤干涉仪相比，除了具有高灵敏度、本质安全、抗电磁场干扰等优点外，最大特点是可对压力、应变、温度等待测量进行绝对测量。因此白光干涉性光纤干涉仪被广泛用于物理量、机械量、环境量、化学量、生物医学量的测量。

为了解决光纤干涉仪的多路复用问题，人们开展了多方面的研究，已经发展的多路复用技术有：时分复用技术(TDM)、频分复用技术(FDM或FMCW)、波分复用技术(WDM)和空复用技术(SDM)。

Jackson等人[Santos，J.L.，Jackson，D.A.，Coherence sensing of time-addressedoptical-fiber sensors illuminated by a multimode laser diode Appl.Opti，30，5068-5076，1991]发展的时分复用技术(TDM)，是利用在同一光纤总线上的传感单元的光程差，即光纤对光波的延迟效应来寻址的复用技术。技术方案为：多模激光二极管发出的小于光纤总线上相邻传感器间传输时间的光脉冲，并注入光纤总线的输入端时，由于在总线上各传感单元距光脉冲发射端的距离不同，在光纤总线的终端将会接受到一系列的脉冲，其中每一个光脉冲所包含的信息对应光纤总线上的一个传感单元，光脉冲的时延大小反映该传感单元的地址分布。如果能够在光脉冲宽度的时间内完成对白光传感单元的连续光程扫描，即可对得到传感器的传感信息。这种方法结构复杂，复用数量有限，测量范围小，测量精度低。