[发明专利]一种基于FFP-TF的中心波长稳定装置与方法

说明书

技术领域

一种基于FFP-TF的中心波长稳定装置与方法属于振动信号检测领域。

背景技术

由于F-P传感器可用于感受振动量，因此可以测量能够引起振动的温度、声波、压强等信号，同时，F-P传感器又具有结构简单、灵敏度高、成本低、安装方便，因此在微机电系统、超声测量、生物医学等领域具有广阔的应用。

F-P传感器应用于强度解调系统，而强度解调系统的解调精度受F-P传感器的影响。由于F-P传感器的静态腔长受外界干扰而发生变化，因此导致强度解调的中心波长偏离中心位置，进而影响强度解调系统的测量精度。为了解决上述问题，需要稳定强度解调的中心波长。

目前，在强度解调系统中用于稳定中心波长的方法主要有以下四种：

第一、利用密集波分复用器产生两束相位正交的波长来稳定中心波长；

第二、通过调整F-P工作腔中的气压来稳定F-P腔的腔长，进而稳定中心波长；

第三、利用可调谐激光器稳定中心波长；

第四、利用FFP-TF稳定中心波长。

以上四种方法中，由于前两种方法所对应的装置结构复杂，调节难度大，第三种方法硬件成本过高，因此第四种方法成为强度解调系统中稳定中心波长的主流方法。该方法的工作原理为：光源输出光经FFP-TF调制后通过光纤环形器进入F-P传感器，F-P传感器的反射光路信号由光纤环形器输出，经光电转换器转换进入处理电路，形成一路控制信号，加载在压电陶瓷驱动器上，使FFP-TF产生与噪声调制反相的伸缩，从而抵消噪声的干扰，稳定F-P传感器的中心波长。然而，这种方法由于将FFP-TF设置于F-P传感器前方，因此存在以下两方面缺陷：

第一、光源的出射光路只有部分进入到F-P传感器，降低了强度解调系统的分辨力、量程和信噪比。

第二、难以做到FFP-TF的出射光路和透射光路等光程，降低了强度解调系统的信噪比。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于FFP-TF的中心波长稳定装置与方法，本发明可以提高强度解调系统的分辨力、量程和信噪比。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于FFP-TF的中心波长稳定装置，包括ASE光源、第一光环形器、F-P传感器、第二光环形器、FFP-TF、第一光电转换器、第二光电转换器、除法器、ADC、FPGA、DAC和压电陶瓷驱动器；

ASE光源的出射光经过第一光环形器后，入射到F-P传感器进行调制并反射，再依次经过第一光环形器、第二光环形器和FFP-TF后分成反射光路和透射光路，反射光路再次经过第二光环形器后，由第一光电转换器转换为第一路电压信号，透射光路由与反射光路等价的光纤传输后，由第二光电转换器转换为第二路电压信号，第一路电压信号与第二路电压信号共同接入除法器，所述除法器将第一路电压信号除以第二路电压信号，所得结果经ADC转换后，输入给FPGA，所述FPGA将ADC转换后的结果转换为驱动信号，经过DAC转换后，输入给压电陶瓷驱动器，驱动FFP-TF的端面。

上述基于FFP-TF的中心波长稳定装置，所述的F-P传感器包括一个固定的半反半透面，和一个随振动信号发生振动的透射率小于10%的反射面；ASE光源的出射光经过第一光环形器后，先入射到半反半透面。

上述基于FFP-TF的中心波长稳定装置，还包括PC，所述PC与FPGA通信。

一种在上述基于FFP-TF的中心波长稳定装置上实现的基于FFP-TF的中心波长稳定方法，包括以下步骤：

S1、采集振动信号

F-P传感器的反射面随声波振动，改变从半反半透面透射再经过反射面反射到半反半透面的光束的相位，使半反半透面前端的干涉光承载振动信息；

S2、提取窄带光

FFP-TF的透射光路与入射光路光频率成分相同，反射光路只包含入射光路光频率成分的一部分，在反射光路减小带宽；

S3、去噪

利用FFP-TF反射光路转换得到的电压信号除以FFP-TF透射光路转换得到的电压信号，去掉从ASE光源到除法器之间，信号传输所产生的噪声；

S4、驱动信号转换

将除法器的输出结果进行数学转换，转换成压电陶瓷驱动器的驱动信号；

S5、调整FFP-TF反射光路的中心波长

利用步骤S4得到的驱动信号，驱动压电陶瓷驱动器，改变FFP-TF腔长，调整FFP-TF反射光路的中心波长。

上述基于FFP-TF的中心波长稳定方法，步骤S3所述的信号包括：