[发明专利]一种光纤激光干涉型传感器的移相解调法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光干涉型传感器的移相解调法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

激光干涉解调技术可对Michelson、Mach-Zehnder、Fabry-Perot及外腔式Fabry-Perot(EFPI)等干涉仪进行解调。用来解调这些干涉仪动态信号常用的解调方案有相位载波(PGC)法、基于3×3光纤耦合器的零差解调法、正交工作点直接测量法、无源零差正交解调法等。

目前所知对光纤激光干涉型传感器测量动态信号(振动、声等)进行解调的比较好的方案是无源零差正交解调方案，它不受线性区间范围限制，不包含有源器件，测量频率高，适用范围广，通用性好，灵敏度高。以EFPI传感器为例，这一方法包括双F-P腔正交测量法[K.A.Murphy et al，Quadrature phase-shifted,extrinsic Fabry-Perotoptical fiber sensors，Optics Letters,1991,16(4):273-275]及双波长正交测量法[O.B.Wright,Stabilized dual-wavelength fiber-optic interferometer for vibration measurement,Optics Letter,1991，16(1):56-58]，在获得两个正交的信号后，利用DCM(differential cross multipler)算法或反正切算法最终获得所测信号。不过，利用双F-P腔来获取两路正交信号的方法在实践中制作传感器上有较大困难，而双波长正交测量法则更容易实现，因而双波长正交测量得到了广泛的应用。

经过多年的发展，无源零差正交解调法日臻成熟，但由于其对两个信号的正交的依赖，其使用一直受到两方面的限制：

(1)对于EFPI传感器而言，为了获取两路正交信号，无论是用双F-P腔来获取正交信号，还是双波长单F-P腔来获取正交信号，都要求腔长与输入激光的波长严格匹配，以保证两路干涉信号正交。因此，一旦解调仪制造完成，EFPI传感器的通用性及制作都有较大的困难。对于其他类型的光纤激光干涉型传感器而言，严格控制其光程差(OPD)也是困难的。

(2)无论是DCM算法或反正切算法，都需要在解调过程的一开始就设法去掉原始信号中的直流量。经常采用的方法有两种，其一就是用高通滤波器来去除直流量[O.B.Wright,Stabilized dual-wavelength fiber-optic interferometer for vibration measurement,Optics Letter,1991，16(1)，56-58]，但这种方法只有在振幅较大的情况下才适用，一旦相位调制幅度小于2π，该方法将无法正确解调；另外一种方法就是在使用解调仪之前测得直流量，然后做为预置参数输入到解调程序中，这种方法显然在实际使用中有诸多不便，每换一次传感器都需要重新校准，且有些情况下无法获得准确的直流量。

在2010年，我们提出了一种无源零差正交解调的相位补偿方法[江毅,郭桂荣.一种无源零差正交解调技术的相位补偿方法:中国专利,CN101713685A.2010-05-26]，对原始的两路干涉信号进行处理和计算，然后补偿两路干涉信号偏离90°的相位差，虽然部分克服了上述第一个传感器的制作及通用性受限的问题，但其在相位调制幅度小于2π时失效，仍然没有彻底解决上述两个问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有正交解调法的缺陷，提供一种光纤激光干涉型传感器的移相解调法。该方法对干涉信号之间的相位差没有特定的要求，解调仪制作完成后，可用于不同光程差的干涉仪，且通过原始信号之间的相互运算去掉直流量的影响，彻底解决了光纤激光干涉型传感器测量动态信号所遇到的上述两个问题。

为达到上述目标，本发明的具体实现方案如下。

一种光纤激光干涉型传感器的移相解调法，具体步骤如下：