[发明专利]基于强度调制型光纤传感器的物理量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感技术领域，具体的涉及一种基于强度调制型光纤传感器的物理量测量方法。

背景技术

光纤传感器具有体积小、抗干扰能力强、灵敏度高、可靠性好、可远距离传感和便于复用等特点，一问世就受到了传感领域的极大重视。

根据被测量扰动引起的光脉冲波特征参量变化情况，可将光纤传感技术分为强度调制型、波长调制型、频率调制型、相位调制型和偏振调制型等五种类型。其中，强度调制型光纤传感技术的基本原理为通过外界信号对光纤中传输光脉冲强度的扰动，通过测量输出光脉冲强的变化实现对外界信号的测量。

强度型光纤传感器具有结构简单、成本低廉等优点，但是由于光脉冲源输出功率的波动和光路的寄生强度调制，强度型光纤传感器的测量精度会严重受影响。现有技术通常采用光脉冲源反馈控制方法来抑制光脉冲源输出功率的波动。光脉冲源反馈控制方法可以有效控制光脉冲源引起的波动，但是该方法一方面会增加系统的复杂性而且也无法消除光路寄生强度调制的影响。采用耦合器引出部分光脉冲作为参考光脉冲，也可以部分抑制光脉冲源的波动和部分光路的寄生强度调制，但是该方法引入了新的寄生强度调制，使得光脉冲强波动抑制效果不好，甚至变差，同时该方法需要两套探测器和探测电路，新增设备会引入新的噪声来源。此外还有双波长法、光纤网络法、神经网络补偿法等等，这些方法或是在抑制原有强度噪声的同时增加了系统的复杂度，或是引入新的噪声源，或是因为结构原因而限制其应用范围。因此，都难以有效提升强度调制型光纤传感器的测量性能和应用价值。探测精度难以提升阻碍了强度调制型光纤传感技术在高精度探测领域的应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于强度调制型光纤传感器的物理量测量方法。

本发明提供一种基于强度调制型光纤传感器的物理量测量方法，包括以下步骤：

步骤S100：在强度调制型光纤传感器的传感单元上输入已知物理量，测量受已知物理量影响的从传感单元反射后进入信号处理光路的信号光脉冲强度和从参考单元反射后进入信号处理光路的参考光脉冲强度，并求取信号光脉冲强度与参考光脉冲强度的比值S；

步骤S200：重复进行步骤S100，绘制以比值S为纵坐标，已知物理量为横坐标的S-N关系曲线；

步骤S300：在强度调制型光纤传感器的传感单元上输入待测物理量，得到待测物理量对应的比值S，根据S-N关系曲线得到待测物理量的估计值；

强度调制型光纤传感器包括用于产生脉冲激光的激光光路、用于将光脉冲转换为电信号的信号处理光路、用于分束脉冲激光的耦合器、用于通过信号光脉冲的传感单元和用于通过参考光脉冲的参考单元；

耦合器包括与激光光路连接的a端口、与信号处理光路连接的b端口、与传感单元连接的c端口和与参考单元连接的d端口。

进一步地，激光光路包括依序光路连接的激光脉冲器、强度调制器和隔离器。

进一步地，信号处理光路包括依序光路连接的信号处理模块和光电探测器。

进一步地，传感单元由传感光纤和第一光纤反射镜组成。

进一步地，参考单元由传输光纤和第二光纤反射镜组成。

进一步地，用作计算比值S的信号光脉冲和参考光脉冲是同一脉冲由耦合器分光而成。

进一步地，激光光路产生的第i个脉冲光进入耦合器后被分为第i个信号脉冲和第i个参考脉冲，第i个信号脉冲光从进入传感单元到进入光电探测器的时间为T₁，第i个脉冲光从进入参考单元到进入光电探测器的时间为T₂，|T₁-T₂|＝ΔT，ΔT≥激光脉冲的宽度t。

本发明的技术效果：

1、本发明提供基于强度调制型光纤传感器的物理量测量方法，在不引入新的扰动源的情况下，可以有效消除系统强度噪声的干扰，使光纤强度调制型传感器稳定性和系统最小分辨率得到显著提高。

2、本发明提供基于强度调制型光纤传感器的物理量测量方法，本方法所使得所用传感系统结构简单，能显著降低测量系统成本。

具体请参考根据本发明的基于强度调制型光纤传感器的物理量测量方法提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。

附图说明

图1是本发明提供的基于强度调制型光纤传感器的物理量测量方法的流程示意图；

图2是本发明中所用强度调制型光纤传感器结构示意图；

图3是本发明优选实施例中所用强度调制型光纤传感器的结构示意图；