[发明专利]基于移相信号调制的光纤干涉型传感调制解调方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于移相信号调制的光纤干涉型传感调制解调方法及装置，包括激光光源、隔离器、相位调制器、2x2耦合器、参考臂、信号臂、法拉第旋光镜、信号发生器、光电转换器、数据采集模块、数据处理模块和微振动台，利用对激光光源的高速脉冲相位调制，在光纤传感器的输出端实现多路移相信号的产生，配合多路移相算法的解调方法，实现光纤传感器的振动相位解调。该调制解调方法光路简单，解调电路简单，实时性高，精度高，动态范围广，抗环境干扰能力强。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于移相信号调制的光纤干涉型传感调制解调方法及装置。

背景技术

随着人类对能源不断增长的需求，石油与天然气等资源日益紧缺，油气田开采关键技术的研究越来越引起人们的重视，地震检波器是地球物理勘探中的核心装置，它能把爆炸引起的地面机械运动转换成电信号，在石油勘探中起着重要的作用，当前传统的地震检波器存在动态范围小，灵敏度低，抗干扰能力差等缺点，这在一定程度上制约了高分辨率地震勘探技术的发展。与传统检波器相比，光纤传感器具有重量轻，抗电磁干扰，灵敏度高，安全可靠，耐腐蚀，可进行分布式测量，易于组网等诸多优点，已经被应用在油井温度与压力测量，输油管道监测，测井技术，地震波监测等方面，在石油勘探方面显示出了巨大优势。

相位检测技术是光纤传感器的关键技术之一。人类相继使用了多种检测方法。其中相位产生载波(PGC)法是目前运用最广的解调方法之一。PGC载波法不需要在干涉仪中加任何器件，系统可以实现全光，也便于复用，这是大规模光纤水听器系统采用的一种重要方案。但该方法电路处理复杂，会带来相关电路噪音，相位调制但因为边带信号的频谱一般都是无限宽的，所以在做滤波处理的时候也对被测信号的频谱的边缘部分进行了过滤为了精确的测量信号，就必须增加载波的频率和改善低通滤波器的性能。此外，相位调制幅度的变化等外界因素的扰动也会影响该测量方法的精度。同时，由于激光光源的调制频率的限制，同时确保PGC调制深度达到2.4弧度，它一般要求干涉大光程差。以这种方式，即使较小的源频率抖动可以产生一个大的相位噪声的干涉仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于移相信号调制的光纤干涉型传感调制解调方法及装置，解决了传统相位检测技术易受干扰，硬件系统要求高，解算速度慢的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于移相信号调制的光纤干涉型传感调制解调方法，方法步骤如下：

步骤1、打开激光光源和微振动台，激光光源发出的光依次经过隔离器和相位调制器，形成经相位调制的激光光束。

步骤2、经过相位调制的激光光束经过耦合器，同时进入其参考臂和信号臂，参考臂和信号臂设置在微振动台上，设参考臂长为L₁，信号臂长为L₂，且L₁<L₂，信号臂和参考臂末端分别与法拉第旋光镜连接，经法拉第旋光镜反射后，返回耦合器，经耦合器产生干涉信号，并从耦合器的输出端输出至光电转换器，光电转换器接收干涉信号，设光通过参考臂的时间为t₁，光通过信号臂的时间为t₂，时间差Δt＝t₂-t₁，则干涉光强I(t)如下式

设振动信号的振动周期为T_S，脉冲调制信号的周期T＜＜T_S，所以认为在0<t<T这个时段内，振动信号在时域内保持不变；k为整数，T表示脉冲信号的周期，τ为一个周期内调制的脉冲宽度为τns；令合相位其中为初始相，为漂移相，表示振动信号相。

步骤3、光电转换器将干涉信号转换为光强电信号，数据采集模块采集光强电信号，并将其送入数据处理模块，数据处理模块通过标定相位调制信号和接收信号的延时，来获取三路移相的光强信号I₁，I₂，I₃，于是有