[发明专利]一种用于检测膜面振动的双腔装置及其解调方法

说明书

本发明公开了一种用于检测膜面振动的双腔装置及其解调方法，涉及光传感信息解调技术领域；包括激光器、光纤分束器、光环形器、光纤、双腔装置及光电探测器；激光器发出的激光经过光纤分束器分成两束光，光束通过光环形器传输到双腔装置，在双腔装置内光束照射在膜面上并反射回光纤，并与光纤端面的反射光发生干涉，干涉光通过光环形器传输到光电探测器上并转化为电信号；双腔装置结构使双腔输出的干涉信号呈一定的相位差状态，双腔装置内含有一种位移驱动结构，其促使光纤端面垂直膜面移动；通过对干涉光束转化的电信号采用椭圆拟合算法进行相位解调，分析计算出膜面振动的幅值变化；提高传感系统的灵敏度及稳定性。

技术领域

本发明涉及光传感信息解调技术领域，尤其涉及的是一种用于检测膜面振动的双腔装置及其解调方法。

背景技术

社会的发展需要对外界信息多层面、高深度的获取，各种传感器是我们获取外界信息的主要方式。光传感，特别是干涉型光传感以其高灵敏、抗电磁干扰及广泛的适用性而备受关注。在干涉型光传感中干涉臂的差异性往往会带来偏振衰落，FP腔干涉仪由于其同路传输及腔内各向同性介质的存在而具有抗路径干扰、抗偏振衰落的优点；针对干涉仪存在的相位衰落问题，学者们开发了各种相位解调技术，如相位生成载波法、外差法、3*3耦合器解调法等。针对FP腔干涉仪腔长较短的特点，双波长、三波长相位解调技术相继研究出来。

目前的双波长、三波长的FP腔干涉仪相位解调技术需要多个波长的激光，其所需激光器的成本较高、激光中心频率及功率的稳定要求较多；由于FP干涉仪的腔长受环境或大动态探测物理量的影响发生较大的改变，则相位解调效果会出现劣化、失真等不稳定现象。

基于椭圆拟合算法的双腔装置膜面振动检测方法使用一种波长，通过双腔结构构建信号相位差，很好的满足了相关无缘相位解调技术对信号直流量消除，交流量归一化，以及相位差必须为正交的要求，具有明显的优势。然而，椭圆拟合算法要求两路信号的待测相位量必须大于π，否则其拟合的数据将不准确，这种情况限制了这种技术对小相位信号解调的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于检测膜面振动的双腔装置及其解调方法，本发明给出了检测膜面振动的双腔装置的构成以及双腔相位差的使用范围；可以降低传感装置实现的成本，提高传感系统的灵敏度及稳定性；同时给出了调制信号的频率及幅值大小的范围；通过调制信号的施加，扩展了基于椭圆拟合算法的相位解调方法的使用范围，使其可以在小相位信号解调工作。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于检测膜面振动的双腔装置，其特征在于，包括激光器、光纤分束器、光环形器、光纤、双腔装置及光电探测器；

该双腔装置的工作方法为：

激光器发出的激光经过光纤分束器分成两束光，光束通过光环形器传输到双腔装置，在双腔装置内光束照射在膜面上并反射回光纤端面，并与光纤端面的反射光发生干涉，干涉光通过光环形器传输到光电探测器上并转化为电信号；双腔装置结构内光纤端面发射的平行光束照射在同一个膜面上，光纤端面在轴向上存在错位，该错位长度与激光器的波长匹配，使双腔装置输出的两路干涉信号呈一定的相位差；

双腔装置内含有一个固定在基台上的位移驱动器，所述位移驱动器促使光纤端面垂直于膜面移动；通过对干涉光束转化的电信号采用相位解调算法，分析计算出膜面振动的幅值。

进一步地，所述激光器为单波长的窄线宽激光器。

进一步地，所述双腔装置由光纤端面与膜面构成，光纤端面发射的双光束照射在同一膜面上并沿原光路反射回光纤端面，同一双腔装置中存在两个FP腔。

进一步地，光纤端面在轴向上的错位长度与特定的波长匹配，使双腔装置输出的两路干涉信号呈一定的相位差，且此相位差不等于π或其整数倍。