[发明专利]光纤激光传感器动态信号解调方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感系统及信号解调技术领域。与光纤传感器、光纤布拉格光栅、双波长光纤激光器、偏振光纤激光器、调频解调技术等有关，涉及信号调理、信号处理等方面，广泛适用于对各类动态物理量的测量。光纤激光传感器的动态解调方法是对双波长型、多纵模型、偏振型等拍频输出型动态传感器的传感信息进行解调的一种新的技术。

背景技术

光纤传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、本质安全、体积小、重量轻、抗干扰能力强、波长编码、易于复用组网等优点，它可以用来测量应变、温度、振动等物理信息。光纤传感器近年来得到了迅速发展，它被广泛的应用于大型建筑物、工业监测、地震监测等领域，特别是在各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。光纤传感器的基本原理为外界信号按其变化规律使光纤中传输的光波物理特征参量发生变化，测量激光参量的变化就可以得到外界信号的变化。比如光纤光栅激光器的中心波长随着应变或者温度的变化发生漂移，通过测量它的中心波长的变化就可以对应变、温度或者振动进行检测[1]。另外一种方法是通过测量分布反馈式激光器两个正交模激光之间的拍频来测量应变或者温度[2]。采用拍频的方法使得解调的成本大大降低、系统的稳定性也得到了一定的提高。在各种光纤传感器里面，光纤动态信号传感器比光纤应变或者温度传感器都要复杂。因为光纤动态信号监测传感器不仅需要传感器有很好的回复性、非常高的灵敏度，更需要复杂的解调技术。光纤传感器和光纤传感信号解调方法是密不可分、相辅相成的，一套优秀的光纤动态传感系统必须有着与之相匹配的解调方法。比如K.P.Koo等人利用干涉解调的方法实现了对动态信号的测量[3]。再如另外一种方法是利用瑞利背向散射来测量动态信号[4]。

近年来光纤传感器及解调方法在中国也得到了快速的发展，一些新的技术逐步产生。如中国专利申请CN200610156341公开了一种新型分布式光纤振动传感系统，采用萨格奈克/马赫-泽德混合干涉仪光路进行振动传感，并且采用幅度对比进行振动定位。采用消偏技术，在光源出射端和光纤环中加入洛埃特消偏器，稳定了萨格奈克干涉仪光路中的干涉输出，提高了传感器输出信息的检测精度[5]。中国专利申请CN200910233914.1公开了“光纤布拉格光栅激光器的传感方法”，利用频谱仪来检测一个双波长激光器之间的拍频实现对温度和应变的监测；或者在一段光纤两端接两个光纤布拉格光栅作为反射镜，这段光纤里面至少有一部分是掺铒光纤，从而形成一个谐振腔，这样就产生了很多模式的激光。通过频谱仪测量任意两个模式之间的拍频来检测应变和温度的变化[6]。但是此系统中的解调方法只能用来测量静态的应变和缓变的温度。本发明的主要思想是利用一种新的解调方法对拍频输出型的光纤激光传感器进行信号解调，使其能实现对动态信号的检测。

[1]Alan D.Kersey，Michael A.Davis，Heather J.Patrick，et al，“Fiber Grating Sensors，”J.Lightwave Technol，VOL.15，NO.8，AUGUST 1997.

[2]Oliver Hadeler，ErlandMorten Ibsen，and Richard I.Laming，“Polarimetricdistributed feedback fiber laser sensorfor simultaneous strain and temperaturemeasurements，”APPLIED OPTICS，VOL.38，NO.10，1999.

[3]K.P.Koo and A.D.Kersey，“Bragg Grating-Based Laser Sensors Systems withInterferometric Interrogation and Wavelength Division Multiplexing，”J.Lightwave Technol.，VOL.13，NO.7，1995.

[4]Ziyi Zhang and Xiaoyi Bao，“Continuous and damped vibration detection based on fiberdiversity detection sensor by Rayleigh backscattering，”J.Lightwave Technol.，VOL.26，NO.7，2007.