[发明专利]一种光纤法珀传感器腔长解调系统和解调方法

说明书

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤法珀传感器腔长解调系统和解调方法。本发明包括SLED光源、准直器和线阵CCD、光纤隔离器、2×1光纤耦合器、1×2光开关、光纤法珀传感器、光纤衰减器、光纤反射镜、鲍威尔棱镜、光楔和光开关控制与信号处理单元；所述光纤准直器的出射光依次通过鲍威尔棱镜、光楔到达线阵CCD探测器，并由信号处理单元解算出光纤法珀传感器腔长。本装置和方法采用基于鲍威尔棱镜的扩束准直系统，通过光开关和光纤反射镜引入参考信号，扣除相关干涉信号基底，可显著提升传感信号质量和动态测量范围。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤法珀传感器腔长解调系统和解调方法。

背景技术

光纤法珀传感器由于其重量轻、体积小、灵敏度高、动态响应范围大和抗电磁干扰能力强等特点，已经成为光纤传感领域的重要研究方向之一，尤其是在强电磁干扰、高温、高压等恶劣环境下的应用更是具有传统传感器无法比拟的优势。而光纤法珀传感器性能的发挥主要取决于后端解调系统。

针对光纤法珀传感器的解调方法主要有强度解调和相位解调。强度解调法在探测方法和信号处理上更为简单，光源的扰动、光路损耗等均会引起光强的波动，精度低、稳定性差。而相位法分为光谱法和相关法，其中以相关法应用更为广泛。光纤法珀传感器非扫描相关解调该系统具有体积小，可实现光纤法珀传感器腔长的绝对测量等特点，因而具有较强的工程实用性。

光纤法珀传感器非扫描相关解调该系统一般由宽带光源、传感光路、信号解调装置，信号处理及控制单元构成。非扫描相关解调装置中一般采用线阵CCD作为信号探测器，因而解调光路中的线性光斑整形装置的出射光斑质量对解调的精度和范围的影响极大。常规采用大口径准直器和柱面透镜的方式，形成线性出射光斑，该装置存在出射光斑在空间上光强呈显著高斯分布分布的缺点，限制了解调系统的解调范围与解调精度；同时，由于光纤准直器的口径受限于柱面透镜和线阵CCD的尺寸，解调系统难以实现小型化。此外，采用光纤端面发散出射与凹面反射镜组合的方式形成线性光斑，相比于前文所述常规方式，缩短了解调光路，但整体尺寸仍偏大，同时光场空间分布依然为不均匀的高斯分布，限制了解调系统解调性能的提升。

发明内容

本发明要提供一种光纤法珀传感器腔长解调系统和解调方法，以克服现有技术存在的解调系统的解调范围较小，解调精度不够和整体尺寸偏大的问题。

为了达到本发明的目的，本发明提供的技术方案如下：

一种光纤法珀传感器腔长解调系统，包括SLED光源、准直器和线阵CCD，其特征在于：还包括光纤隔离器、2×1光纤耦合器、1×2光开关、光纤法珀传感器、光纤衰减器、光纤反射镜、鲍威尔棱镜、光楔和光开关控制与信号处理单元)，所述准直器选用光纤准直器，所述SLED光源(通过单模光纤熔接或光纤连接器)与光纤隔离器相连，光纤隔离器的出射端口与2×1光纤耦合器的一个入射端口相连，2×1光纤耦合器的出射端口通过1×2光开关分别与光纤法珀传感器和光纤衰减器相连，光纤衰减器的另一端与光纤反射镜相连，2×1光纤耦合器的另一个入射端口与光纤准直器相连，光纤准直器后依次放置鲍威尔棱镜、光楔和线阵CCD，线阵CCD通过金属导线与光开关控制与信号处理单元相连，光开关控制与信号处理单元还通过金属导线与1×2光开关相连。

所述的鲍威尔棱镜采用≤90°的出射光扇角，其非球面圆锥系数以及参数共同决定的入射光斑尺寸与光纤准直器的出射光斑尺寸一致，且光纤准直器出射光垂直入射至鲍威尔棱镜的非球面中心。

一种光纤法珀传感器腔长解调系统的解调方法，利用光开关控制与信号处理单元控制光开关，根据信号帧频采集速率，设定光开关切换光纤传感信号通道时间，分时采集光纤反射镜反射的基底信号和光纤法珀传感器产生的携带基底信号的相关干涉信号；所述光开关控制与信号处理单元内完成分时采集的两路信号，并对其进行除法运算，扣除基底信号，提取相关干涉信号峰值位置，并由相关干涉信号的峰值位置解算得到此刻的腔长值。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：