[发明专利]一种采用光程抵消抑制强背景噪声的微弱信号检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种采用光程抵消抑制强背景噪声的微弱信号检测系统及方法，该系统包括激光器、两个耦合器、传感光纤、参考光纤、光纤长度调谐装置、第一级光电检测装置和第二级检测装置。激光器、两个耦合器、传感光纤、参考光纤和光纤长度调谐装置构成干涉仪结构，第一级光电检测装置检测干涉条纹中的噪声信号，并反馈控制光纤长度调谐装置，从光学上抑制噪声信号的影响；第二级检测装置对残余信号进行高精度检测，可以测量被大噪声掩盖的微弱信号。本发明采用光学闭环反馈控制干涉臂长度的方法抑制大的噪声信号的影响，从而实现微弱信号的检测，具有灵敏度高、动态范围大、噪声影响小的优点。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地涉及一种强背景噪声下微弱信号的检测系统及方法。

背景技术

传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器高的灵敏度和精度、固有的安全性好、抗电磁干扰、高绝缘强度、耐腐蚀、集传感与传输于一体、能与数字通信系统兼容等优点。这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，

光纤传感器可用于位移、震动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、电流、磁场、电压、湿度、温度、声场、流量、浓度、PH值和应变等物理量的测量。光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活。

但是，当光纤传感器用于检测大噪声背景下的微弱信号的时候，由于光纤传感器的动态范围有限，而信号存在大的噪声背景下，传感器的检测幅度上限应当大于噪声的最大功率或最大幅度。这样，可以检测的信号的最小阈值也受到了限制。导致现有的光纤传感器难以实现大噪声背景下的微弱信号的检测。

发明内容

针对现有微弱信号检测方法不足，本发明提出一种采用光程抵消抑制强背景噪声的微弱信号检测系统及方法，具有灵敏度高、检测阈值低，检测动态范围大等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种采用光程抵消抑制强背景噪声的微弱信号检测系统，该系统包括激光器、第一耦合器、传感光纤、参考光纤、光纤长度调谐装置、第二耦合器、第一级光电检测装置和第二级检测装置；

所述激光器输出接第一耦合器，第一耦合器输出的一臂接传感光纤，另一臂依次接参考光纤和光纤长度调谐装置；传感光纤和光纤长度调谐装置的输出分别接第二耦合器，以上结构构成一个马赫曾德尔干涉仪结构；第二耦合器的两端分别接第一级光电检测装置和第二级检测装置，第一级光电检测装置输出反馈回光纤长度调谐装置；

所述传感光纤敏感淹没在近场大噪声背景信号中的微弱信号，产生形变，干涉仪结构的两臂光程差发生改变，第一级光电检测装置检测到的光功率强度随之改变，通过闭环反馈控制光纤长度调谐装置调整干涉仪结构一臂的光纤长度，抵消传感光纤的形变，从而抑制大噪声背景信号；大噪声背景信号被抑制后，微弱信号得以显露，通过第二级检测装置检测该微弱信号。

进一步地，所述第一级光电检测装置为低精度光电检测装置，用于检测大噪声背景信号并进行反馈控制，且其精度不足以分辨需要检测的微弱信号。

进一步地，所述第二级检测装置为高精度光电检测装置，能够检测到微弱信号带来的光强改变。

进一步地，所述参考光纤用于补偿干涉仪结构两臂的光纤长度差，参考光纤加上光纤长度调谐装置的光程之和，与传感光纤的光程相比，差距应该小于激光器的干涉长度。

进一步地，所述传感光纤被固定或绕制在对信号敏感的金属、刚性材料、弹性材料或空气薄膜等结构上，从而增强检测信号引起的光纤长度的变化；根据检测信号的场合不同，可以对微弱的振动、声音、温度、应力等信号实现检测。

进一步地，所述光纤长度调谐装置可以实现光纤长度的调谐，可以是可调光延时线、压电陶瓷光纤环、光相位调制器。所述光纤长度调谐装置可以与参考光纤交换相互的位置。