[实用新型]一种白光干涉传感系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术，具体涉及光纤干涉信号的测量系统。

背景技术

本实用新型主要基于光学干涉原理。该光纤干涉系统是在同一光纤，即光学闭合回路中两束沿正反方向传播的来自同一激光源的光形成干涉。当光学闭合回路受到外界扰动时，沿正反方向传播的光程将受到影响。尽管两路光受到的影响是一样的，这种影响到达探测器的时间却不一样。探测器上测到的干涉光强将受到影响，从而引起相应的变化响应。

以传统的光学闭合回路干涉环为例，如图1所示，激光器发出的光经2x2耦合器分顺时针和逆时针两个方向进入光学闭合回路，经过扰动信号感应光纤及2x2耦合器再汇合到探测器形成干涉信号。任何扰动施加到光学闭合回路上，都会引起传播光的相位的变化φ(t)，而这个变化到达探测器的时间差由扰动发生在光学闭合回路上的位置和光学闭合回路的长度决定。时间差越大，探测器探测到的干涉电流变化越大

I(t)＝I₀(2-2cos(Δφ(t)+φ₀))，    (1)

上式中Δφ(t)＝φ(t-t₁)-φ(t-t₂)，L₁为光学闭合回路中扰动点顺时针方向到2x2耦合器的距离，L₂为光学闭合回路中扰动点逆时针方向到2x2耦合器的距离，c为光在光纤中传播的速度，I₀为无干涉时探测器从耦合器的一个输出端接受到的光强，φ₀是初始相位差，2x2耦合器将带来π的相差，但是光纤中的双折射效应也会影响到φ₀。

当Δφ较小时，干涉光强的变化为

ΔI(t)≈2I₀sin(φ₀)Δφ(t)+I₀cos(φ₀)(Δφ(t))²    (2)

由于2x2耦合器的特性，在不考虑光纤中的双折射效应时φ₀＝π，上式右边的第一项消失，因此光学闭合回路中光纤干涉系统对微小扰动的响应是扰动的平方，而不是线性响应，较难观测到干涉信号的变化。

该光学闭合回路通常用单模光纤作传感光纤，施工布置中光纤会受压弯曲，其中的双折射效应是不可避免的，这种双折射效应将会影响φ₀的值。光学闭合回路干涉环的这种特性使得其干涉信号的强弱也受组成光学闭合回路的光纤中的双折射效应影响，会使光学闭合回路中的两路相反方向的光经历不同的光程，尽管它们重新汇合后仍然有相同的偏振态。

光纤中的双折射效应受安装时光纤扭曲曲率、温度变化、施加于光纤上的压力等因素的影响。所以既使相同的扰动施加于同样的两个系统，观察到的信号强弱也不会相同。同一个系统在不同的时间，如在白天和在晚上，温差使得相同的扰动也会测得不同强弱的信号。有时甚至观察不到扰动信号。这将使得系统不能稳定可靠地工作。

上述问题，是所有应用干涉原理的光纤系统都不可避免的问题；这些因素会造成光纤干涉信号不稳定、信噪比变差、系统的漏报率及误报率增高等一系列问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种白光干涉传感系统，它具有光纤干涉信号稳定且受环境影响很小的优点。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种白光干涉传感系统，包括白光光源、两个光电探测器、光纤耦合器、传感光纤，其中光纤耦合器为多端口光纤耦合器且每边的端口数不少于2个以及至少有一边的端口数大于2个；白光光源、两个光电探测器分别连接到光纤耦合器的同一边，传感光纤的两端分别与光纤耦合器另一边中的两个端口相连接以组成光学闭合回路；白光光源发出的白光经光纤耦合器，分顺时针和逆时针两个方向进入光学闭合回路，经过传感光纤感受扰动信号后回到光纤耦合器形成干涉信号，分别由两个光电探测器接收。

优选的是，所述光纤耦合器是3x3光纤耦合器，分束比均为1∶1∶1。

优选的是，所述光纤耦合器是3x2光纤耦合器，分束比为1∶1∶1和1∶1。

优选的是，所述光纤耦合器是4x4光纤耦合器，分束比均为1∶1∶1∶1。

优选的是，所述光纤耦合器是4x2光纤耦合器，分束比为1∶1∶1∶1和1∶1。

优选的是，所述传感光纤为单模光纤。

本实用新型的有益效果是：