[发明专利]一种基于伪随机码的多路光纤干涉仪复用装置及方法

说明书

一种基于伪随机码的多路光纤干涉仪复用装置及方法，属于光纤传感技术领域。该装置包括光源、伪随机码编码解码装置、多路光纤干涉仪级联阵列、信号探测采集及解调装置四部分。该方法采用伪随机码实现多路光纤干涉仪复用技术，利用伪随机码对阵列输入光信号编码并利用延时光纤控制各路传输光信号延时，在传输光路末端通过匹配各路光信号的传输时延完成解码与信号提取。该方法实现了单根光纤的多路光纤干涉仪阵列传输信号的复用集成，减少了大规模复用阵列传输光路系统的复杂性，且伪随机码具有尖锐的自相关性且与噪声的互相关值很小，可以降低传输系统噪声，实现系统噪声抑制。该方法适合于大规模干涉型光纤传感器阵列中应用。

技术领域

本发明属光纤传感技术领域，具体涉及一种基于伪随机码的多路光纤干涉仪复用装置及方法。

背景技术

光纤干涉仪是光纤传感器的常见的核心元件，干涉型光纤传感器是利用光路中的相位变化来测量物理量，包括震动，应力，位移，速度等。干涉型光纤传感器具有灵敏度高，线性度好，带宽宽，动态范围大以及测量对象广泛等特点，典型应用包括光纤水听器、光纤地震计、光纤应变仪等。在实际应用场合中，往往需要级联大量的干涉型光纤传感器组成阵列用于实现多点参量同时测量的功能，例如干涉型光纤地震计阵列布设及干涉型光纤水听器阵列等。随着光纤干涉仪阵列规模的扩大，光路系统也越来越复杂，为简化光纤干涉仪阵列系统，光路复用技术应运而生。

光纤干涉仪阵列系统的复用技术与光通信中复用技术有诸多的共同点，主要通过单根光纤或者一对光纤传输多路信号，充分利用光纤的巨大带宽资源，降低系统的造价，使系统能够复用更多的干涉仪基元。经过长期的研究与探索，以及借鉴光通信中的成熟技术与器件，光纤干涉仪阵列的复用技术取得了长足的进步，已有多种成熟的方案，目前研究较多的有：空分复用(SDM)、频分复用(FDM)、相干复用(CM)、时分复用(TDM)以及波分复用(WDM)等。

空分复用是实现多路复用最简单的方法，现有的空分复用方案大体一致，利用采用公共光源结合多路光纤干涉仪阵列组成复用网路，并通过增加光纤分束器和探测器提升阵列中的基元数，实现每路基元具有相应的输入光纤以及探测器，例如2006年哈尔滨工程大学的苑立波、杨军等人提出的基于空分复用技术的多路光纤干涉仪阵列(CN200610151043.5、CN200810136824.6)。空分复用技术具有结构简单易于实现且无串扰等优点，但其传输效率较低，浪费光纤带宽资源，不适合用于大规模复用阵列的应用场合，且在远程传输的应用中系统代价很大。

频分复用技术一般是指相位生成载波(PGC)的频分复用，其基本原理是对阵列中各路光纤干涉仪的调制信号频率进行差异化加载，使得每路干涉仪的调制频率各不相同，最后将不同调制频率的干涉仪输出信号有一根光纤传输至同以探测器，最后利用各调制频率相应的信号解调处理获得各自独立的输出。美国海军研究实验室利用该技术实现了总数为48单元的水听器复用阵列并成功进行了海上实验(Dandridge A,Tveten A B,Kersey AD,et al.Multiplexing of interferometric sensors using phase carriertechniques[J].Journal of Lightwave Technology,1987,5(7):947-952.)，结果显示其具有低阈值检测能力和低串扰特点。但是采用该复用技术的光纤干涉仪阵列的复用规模受到光源光功率以及带通滤波器带宽的限制。