[发明专利]基于双通道非平衡干涉仪的大动态干涉型光纤传感器

摘要

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于双通道非平衡干涉仪的大动态干涉型光纤传感器。该装置由激光器1、光纤环行器2、正常通道光纤迈克尔逊干涉仪3、差分通道光纤迈克尔逊干涉仪4、光纤环行器5、光电探测器6、光电探测器7、光电探测器8、信号处理系统9、光电探测器10、光电探测器11、光电探测器12、信号处理系统13组成。本发明通过在原有的正常通道光纤迈克尔逊干涉仪的基础上增加一个差分通道光纤迈克尔逊干涉仪，将同时获得传感光纤所传感到的待测相位的正常信息及差分信息。通过将两路通道传感信号联合处理，可有效避免信号过载现象，大大扩展系统动态范围。

主权项

一种基于双通道非平衡干涉仪的大动态干涉型光纤传感器，其特征在于：所述传感器由激光器(1)、第一光纤环行器(2)、正常通道光纤迈克尔逊干涉仪(3)、差分通道光纤迈克尔逊干涉仪(4)、第二光纤环行器(5)、第一光电探测器(6)、第二光电探测器(7)、第三光电探测器(8)、第一信号处理系统(9)、第四光电探测器(10)、第五光电探测器(11)、第六光电探测器(12)、第二信号处理系统(13)组成；所述正常通道光纤迈克尔逊干涉仪(3)由第一3x3耦合器(301)、传感光纤(302)、参考光纤(303)、3dB耦合器(304)、第一光纤法拉第旋转反射镜(305)、第二光纤法拉第旋转反射镜(306)组成；所述差分通道光纤迈克尔逊干涉仪(4)由第二3x3耦合器(401)、延时光纤(402)、第三光纤法拉第旋转反射镜(403)、第四光纤法拉第旋转反射镜(404)组成；所述正常通道光纤迈克尔逊干涉仪(3)和所述差分通道光纤迈克尔逊干涉仪(4)通过3dB耦合器(304)和第二光纤环行器(5)连接；所述激光器(1)发出的光由第一光纤环行器(2)的第一端口(2a)输入，经第一光纤环行器(2)后由第一光纤环行器(2)的第二端口(2b)输出，进入正常通道光纤迈克尔逊干涉仪(3)中的第一3x3耦合器(301)的第一端口(301a)，在所述第一3x3耦合器(301)中被分为两束光，分别作为正常通道光纤迈克尔逊干涉仪(3)的探测光信号和参考光信号：一束光由第一3x3耦合器(301)的第四端口(301d)输出，经过传感光纤(302)接收外界探测信号后，变为携带有待测相位信息的探测光，再由3dB耦合器(304)的第一端口(304a)输入3dB耦合器(304)后又分为两束光，一束携带有待测信息的探测光由3dB耦合器(304)的第四端口(304d)输出，输出光由第一光纤法拉第旋转反射镜(305)反射回3dB耦合器(304)的第四端口(304d)，经过3dB耦合器(304)后由3dB耦合器(304)的第一端口(304a)输出，返回第一3x3耦合器(301)的第四端口(301d)，作为正常通道探测光信号；另一束光由第一3x3耦合器(301)的第五端口(301e)输出经过参考光纤(303)，输入第二光纤法拉第旋转反射镜(306)后又沿参考光纤(303)反射回第一3x3耦合器(301)的第五端口(301e)，作为正常通道参考光信号；所述探测光信号和参考光信号在经过第一3x3耦合器(301)后发生干涉，产生的干涉信号分3路分别由第一3x3耦合器(301)的第一端口(301a)、第二端口(301b)、第三端口(301c)输出：从第一3x3耦合器(301)的第一端口(301a)输出的干涉信号进入第一光纤环行器(2)的第二端口(2b)，由第一光纤环行器(2)引导，从第一光纤环行器(2)的第三端口(2c)输出后进入第一光电探测器(6)，从第一3x3耦合器(301)的第二端口(301b)和第三端口(301c)输出的干涉信号分别进入第二光电探测器(7)和第三光电探测器(8)，所述第一光电探测器(6)、第二光电探测器(7)、第三光电探测器(8)分别将探测到的光信号转换为电信号后，输入第一信号处理系统(9)处理，获得传感光纤(302)所传感到的待测相位的正常信息；所述携带有待测相位信息的探测光由3dB耦合器(304)的第三端口(304c)输出进入第二光纤环行器(5)的第一端口(5a)，经由第二光纤环行器(5)引导，从第二光纤环行器(5)的第二端口(5b)输出，进入第二3x3耦合器(401)的第三端口(401c)，并在第二3x3耦合器(401)中被分为两束：一束携带有待测相位信息的探测光由第二3x3耦合器(401)的第五端口(401e)输出，经过延时光纤(402)输入第三光纤法拉第旋转反射镜(403)后又沿延时光纤(402)反射回第二3x3耦合器(401)的第五端口(401e)，作为延时光信号；另一束携带有待测相位信息的探测光由第二3x3耦合器(401)的第四端口(401d)输出，由第四光纤法拉第旋转反射镜(404)反射回第二3x3耦合器(401)的第四端口(401d)，作为差分通道参考光信号；所述延时光信号和差分通道参考光信号经第二3x3耦合器(401)后发生干涉，产生的干涉信号分3路分别由第二3x3耦合器(401)的第一端口(401a)、第二端口(401b)、第三端口(401c)输出：从第二3x3耦合器(401)的第三端口(401c)输出的干涉信号进入第二光纤环行器(5)的第二端口(5b)，由第二光纤环行器(5)引导，从第二光纤环行器(5)的第三端口(5c)输出后进入第六光电探测器(12)，从第二3x3耦合器(401)的第一端口(401a)、第二端口(401b)输出的干涉信号分别进入第四光电探测器(10)和第五光电探测器(11)，所述第四光电探测器(10)、第五光电探测器(11)、第六光电探测器(12)分别将探测到的光信号转换为电信号后，输入第二信号处理系统(13)处理，获得传感光纤(302)所传感到的待测相位的差分信息。