[发明专利]一种使用伪随机码码分复用的PDH多传感器应变测量装置

说明书

一种使用伪随机码码分复用的PDH多传感器应变测量装置，属于光电探测技术领域。本发明的高稳定光源与调制模块依次与单模光纤环路器、偏振态控制器、集成多通道光纤光栅谐振腔连接，单模光纤环路器的另一端依次与随机码调制解调模块、光电探测器、正交解调模块、数据采集卡、PID控制器、高稳定光源与调制模块连接。本发明可以实现多根光纤光栅的复用，易于实现，且能够节约改造成本；码分复用技术降低噪声，并能够实现对任一光纤光栅进行长时间连续测量；消除噪声，提升了信号的解调精度，采用全光纤光路，具有体积小、测量精度高、温度稳定性和抗振动稳定性好等特点；解调算法可以数字化硬件实现，也可以采集后送入计算机进行解调，设计灵活。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种使用伪随机码码分复用的PDH多传感器应变测量装置。

背景技术

光纤光栅传感器(FBG)由于其较小的尺寸，高速相应特性以及容易复用等诸多优势，在智能材料以及结构监测方面都得到了有效的应用。但对高精度温度应变观测等方面，单根光纤光栅由于反射峰过宽，并不能满足要求。因此可以利用光纤光栅组成谐振腔来减少反射峰的宽度，获得更为精准的观测信号。因此，人们提出了许多改进的光纤光栅测量方案，例如使用相移光纤光栅、光纤光栅法泊干涉仪替代普通的光纤光栅，采用激光锁频技术提高光纤光栅测量精度等。其中，结合PDH激光锁频技术，光纤光栅能够获得极高的应变测量精度。

PDH激光稳频技术，也称为相位调制光外差技术，它是以外部标准谐振腔的谐振频率作为基准频率对激光器进行频率锁定，属于主动稳频技术。该稳频技术由于其系统抗干扰能力强、稳定度高、伺服响应快、不易失锁等优点，成为目前普遍采用的一种稳频方法。

将PDH技术反向应用可以用来测量由于外部干扰对光纤光栅腔体结构所带来的影响。2005年，意大利的G.Gagliardi等人进行了此方面的研究工作(Gagliardi G,Salza M,Ferraro P,et al.Fiber Bragg-grating strain sensor interrogation using laserradio-frequency modulation[J].Optics Express,2005,13(7):2377-2384.)，2008年，D.Gatti使用相移光纤光栅代替传统的光纤光栅进行测量，获得了更高的灵敏度(Gatti D,Galzerano G,Janner D,et al.Fiber strain sensor based on a pi-phase-shiftedBragg grating and the Pound-Drever-Hall technique.[J].Optics Express,2008,16(3):1945-1950.)。

随后，国内也在此方面展开了相关的研究，并获得了较好的成果，例如，2014年，中国科学院半导体研究所使用两根一样的光纤光栅谐振腔体来消除由于温度所造成的测量精度的问题(CN201410180646.2)，随后使用拍频原理将得到的PDH误差信号与本振光进行相干作用，在放大误差信号的同时抑制了光路中存在的噪声，获得更为精准的误差信号(CN201510542578.4)。接着，在原有拍频技术的基础上，又引入单边带扫频技术，解决高精度应变测量以及激光扫频当中的非线性现象(CN201510541632.3)。2017年，电子科技大学将反馈回路引入PDH信号解调当中，提高传感信号的解调性能。并同时在传感光纤中引入反射镜,以实现不同传感器的传感信号的解调(CN201710674179.2)。

上述主要研究工作在提升光纤光栅的测量灵敏度等方面。但是未涉及光纤光栅测量阵列化的问题。例如，深井光纤观测当中，由于受限制于井下空间以及井下工作环境等条件，希望能够在单根光纤上级联多根传感器来进行阵列化的测量。