[发明专利]干涉型光纤传感器的相位测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种干涉型光纤传感器的相位测量方法及装置，涉及利用双波长3×3耦合器进行干涉型光纤传感器的相位检测技术领域。所述方法包括：利用两种不同波长的光源获得干涉型光纤传感器的两组干涉信号，对两个不同波长的干涉信号进行相位解调得到其对应的卷绕相位，然后通过双波长干涉原理求解出等效波长的相位，最后利用等效波长的相位对发生卷绕的相位进行补偿，得到所述光纤传感器所测量的真实相位。所述方法通过对卷绕的相位进行补偿，得到一定范围内真实相位的测量值，部分消除了传统干涉型光纤传感器存在的问题，提高了相位测量的范围及准确性。

技术领域

本发明涉及利用光电元件进行相位检测的技术领域，尤其涉及一种干涉型光纤传感器的相位测量方法及装置。

背景技术

光纤传感是伴随着光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号的传感技术，相对于传统的传感技术，光纤传感技术具有灵敏度高、动态响应范围大等优势,干涉型光纤传感器同时具有光纤传感器和干涉测量的优点，干涉型光纤传感器把待测物理量转化为相位，例如温度(光纤温度传感器)、位移(光纤位移传感器)、角速度(光纤陀螺仪)等。外部信号作用到干涉型光纤传感器的传感探测部位引起干涉信号的相位变化，通过解调干涉信号的相位变化，获得被探测物的相关信息。

正确的相位解调是干涉型光纤传感器的关键技术之一，由于干涉耦合项为余弦函数，而余弦函数的周期性导致无法进行实际相位的解调，在使用中，通常要对待测量的变化范围进行限定，把相应的相位限定在内进行检测及计算。因此，会限定待测物理量的测量范围，当物理量的变化范围较大，导致相位变化范围超过，就会发生相位卷绕现象，造成相位误判，因此必须通过相位解卷绕的方法恢复真实相位。从卷绕相位中恢复出实际相位，这一过程即为相位解卷绕(Phase Unwrapping)，也称相位展开、相位解缠或相位解包裹。目前，虽然已有多种数值相位解卷绕的方法被提出，然而这些方法都存在一定的问题，计算复杂耗时，受噪声及欠采样影响。相位解卷绕的原理是根据相位的连续性，通过比较相邻两点之间相位差进行相位卷绕判断，从原理上讲，当相邻两点的相位差大于时，就无法正确恢复真实相位。

为了解决以上问题，本发明结合数字全息中双波长相位解卷绕的原理和3×3耦合器相位解调的方法，建立了基于双波长3×3光纤耦合器的相位解调方法及装置系统，利用3×3耦合器的三路输出的线性组合和数字反正切技术进行信号解调，利用双波长干涉结果进行相位补偿，在一定范围内克服了相位卷绕问题，提高了相位测量的范围和准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种准确度高、测量范围大的干涉型光纤传感器的相位测量方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种干涉型光纤传感器的相位测量方法，其特征在于包括：利用两种不同波长的光源获得干涉型光纤传感器的两组相位信号，对两个不同波长的信号进行相位解调，分别得到其对应的卷绕相位，然后通过双波长干涉原理求解出等效波长的相位，最后利用等效波长的相位对发生卷绕的相位进行补偿，得到所述光纤传感器所测量的真实的相位值。

进一步的技术方案在于，相位解调及补偿步骤如下：

(1)利用3×3耦合器对不同波长的干涉信号分别进行相位解调，得到卷绕相位，假定两种波长为λ₁和λ₂，对应的相位为θ₁和θ₂；为所述光纤传感器探测臂和参考臂之间的光程差；

(2)将两束光的相位作差：