[发明专利]干涉型光纤传感器相位调制深度的测量方法及测量装置

说明书

本发明提供了一种干涉型光纤传感器相位调制深度的测量方法及测量装置，该测量方法包括以下步骤：步骤一，第一信号发生器生成第一调制信号，可调谐激光器根据第一调制信号生成调制后的激光信号；步骤二，调制后的激光信号经光纤起偏器生成线偏振光；步骤三，线偏振光经非平衡臂迈克尔逊干涉仪生成干涉信号；步骤四，通过光电探测器将干涉信号转换为电信号；步骤五，根据电信号解算相位调制深度以完成干涉型光纤传感器相位调制深度的测量。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中相位调制深度的测量结构组件和解算算法复杂、计算工作量大和实用性低的技术问题。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种干涉型光纤传感器相位调制深度的测量方法及测量装置。

背景技术

干涉型光纤传感器以其灵敏度高、耐腐蚀、体积小和抗电磁干扰等优点，在水声探测、自然灾害预测和能源勘探等各个领域中得到广泛应用。干涉型光纤传感器存在相位随机衰落的问题，相位生成载波(Phase Generated Carrier，PGC)技术的提出，很好的解决了这个问题。PGC调制技术分为内调制和外调制技术，内调制技术是对光源直接进行调制，由于光路简单和易于大规模成阵的优点而被广泛研究。PGC内调制技术中，相位调制深度是一个非常关键的参数，直接决定PGC解调算法实现和信号恢复的准确程度。相位调制深度受调制信号的频率和幅度影响，通常需要用实验的方法在实际的光路中对相位调制深度进行测量。而现有技术中通常采用干涉信号与调制信号的基频信号和倍频信号混频的方式，再通过解调对相位调制深度进行解算，而这样的解算方式需要的结构组件和解算算法较为复杂，解算过程的计算量也较大，实用性较低。

发明内容

本发明提供了一种干涉型光纤传感器相位调制深度的测量方法及测量装置，能够解决现有技术中相位调制深度的测量结构组件和解算算法复杂、计算工作量大和实用性低的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种干涉型光纤传感器相位调制深度的测量方法，该干涉型光纤传感器相位调制深度的测量方法包括以下步骤：步骤一，第一信号发生器生成第一调制信号，可调谐激光器根据第一调制信号生成调制后的激光信号；步骤二，调制后的激光信号经光纤起偏器生成线偏振光；步骤三，线偏振光经非平衡臂迈克尔逊干涉仪生成干涉信号；步骤四，通过光电探测器将干涉信号转换为电信号；步骤五，根据电信号解算相位调制深度以完成干涉型光纤传感器相位调制深度的测量。

进一步地，步骤五具体包括：(5.1)采集电信号并将采集的电信号转换为数字信号；(5.2)对数字信号进行傅里叶变换得到频谱；(5.3)根据数字信号和频谱计算零阶第一类贝塞尔函数；(5.4)根据零阶第一类贝塞尔函数查表得到相位调制深度。

进一步地，零阶第一类贝塞尔函数根据计算，其中，J₀(C)为零阶第一类贝塞尔函数，M为第二调制信号的频率在频谱中对应的幅值，U_max为数字信号中的最大电压值，U_min为数字信号中的最小电压值。

进一步地，非平衡臂迈克尔逊干涉仪包括保偏光纤耦合器、光纤拉伸器、第二信号发生器、第一光纤反射镜和第二光纤反射镜，保偏光纤耦合器分别与光纤起偏器、光纤拉伸器和第二光纤反射镜连接，光纤拉伸器分别与第二信号发生器和第一光纤反射镜连接；第二信号发生器用于生成第二调制信号，保偏光纤耦合器将线偏振光分光生成第一路激光信号和第二路激光信号，光纤拉伸器在第二调制信号的调制下对第一路激光信号进行拉伸处理，第一光纤反射镜将经拉伸处理的第一路激光信号反射生成第一反射信号，第二光纤反射镜将第二路激光信号反射生成第二反射信号，保偏光纤耦合器根据第一反射信号和第二反射信号耦合生成干涉信号。

进一步地，步骤三具体包括：线偏振光经保偏光纤耦合器分光生成第一路激光信号和第二路激光信号；第一路激光信号在第二信号发生器生成的第二调制信号的调制下经光纤拉伸器处理后传递至第一光纤反射镜并经第一光纤反射镜反射生成第一反射信号；第二路激光信号经第二光纤反射镜反射后生成第二反射信号；保偏光纤耦合器根据第一反射信号和第二反射信号生成干涉信号。