[发明专利]一种波长自标定光纤FP传感器解调方法

说明书

本发明请求保护一种波长自标定光纤FP传感器解调方法，属于光纤传感技术领域。其利用较大波长调谐范围的快速扫描激光器结合FP标准具进行波长自标定，再利用波长解调算法实现光纤法布里‑泊罗(FP)传感器的动态绝对腔长的解调方法。本发明的效果和益处是从根本上解决光纤传感领域中干涉型光纤传感器工作点漂移以及光强波动带来的动态范围小和解调信号不稳定的问题，而且对比其他方法又降低了系统的成本和复杂程度。本发明为声波和振动信号的高灵敏度、大动态范围的解调提供一种高性能的解决方案。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，是一种利用较大波长调谐范围的快速扫描激光器和光谱的波长自标定实现绝对腔长测量的光纤法布里-泊罗(FP)传感器的解调方法。

背景技术

光纤FP传感器属于干涉型光纤传感器，对比电子传感器，光纤FP传感器在声波与振动测量领域具有结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰、体积小、安全、可远距离遥测、形成光纤传感网络等诸多优点。因而在声波探测，振动检测，建筑结构健康监测等方面有着重要的应用。光纤FP传感器探测声波或者振动等动态信号的机理是外界信号引起探头中的信号敏感部分振动，振动的信号敏感部分会使FP腔长发生改变，可以通过测量反射光强度变化或者直接测量腔长变换来表征探测到的信号，前者为干涉-强度解调，后者为波长解调。

干涉-强度解调是基于干涉信号按余弦规律变化的特点的，利用余弦曲线中线性度最好的一段作为相位-强度转换曲线，这种传感机理就带来了环境因素变化下的工作点漂移问题和线性动态范围小的问题。干涉-强度传感器对声波等动态信号进解调时，静态工作点一般设置在干涉曲线斜率最大的π/2相位点(Q点)，这样传感器可以获得最大的灵敏度和线性动态范围。如果工作点因外界因素偏离Q点，传感器的灵敏度就会降低并出现非线性响应。文献1[J.F.Dorighi,S.Krishnaswamy,J.D.Achenbach,Stabilization of anembedded fiber optic Fabry–Perot sensor for ultrasound detection,IEEE Trans.Ultrason.Ferroelectr.Freq.Control 37(1995)820–824]和文献2[Bing.Yu,Anbo.Wang,Grating-assisted demodulation of interferometric optical sensors,Appl.Opt.42(2003)6824–6829]报道了通过动态调整光源中心波长的方式，补偿环境因素引起的静态工作点漂移，但由于光源的调谐范围有限，对工作点漂移并不能无限补偿，并且补偿系统往往体积较大，结构复杂。

文献3[专利号：201510158109.2，一种波长循环调谐补偿干涉型传感器工作点漂移的方法]使用波长循环调谐补偿的方案实现了干涉-强度型传感器的工作点补偿，可以很好的稳定工作点，但不能从根本上解决工作点漂移，而且限于干涉型传感器的传感机理，其线性动态范围较小，不适合用于大信号检测。

文献4[Mao X,Tian X,Zhou X,et al.Characteristics of a fiber-opticalFabry-Perot interferometric acoustic sensor based on an improved phasegenerated carrier demodulation mechanism[J].Optical Engineering,2015,54(4):046107]利用相位生成载波(PGC)解调法对声波实现了检测，但是也暴露了PGC解调方法在声波检测应用中灵敏度低，信号解调方法复杂等问题。

综上所述，针对光纤FP传感器对动态信号的测量提出一种的高灵敏度、大动态范围和高稳定性的解调方法及系统具有重要的意义和实用价值。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种的高灵敏度、大动态范围和高稳定性的光纤FP传感器的解调方法。本发明的技术方案如下：