[发明专利]一种多波长外差传感系统及其传感方法

摘要

本发明公开了一种多波长外差传感系统及其传感方法。本发明采用多波长光源发出N个不同波长的连续光，经调制器调制成脉冲序列，经过传感器阵列的每一个检波器反射的脉冲序列将会错位叠加干涉，同一个检波器选取不同波长的干涉信号，采样率提高了N倍；本发明采用多波长外差技术，解决了检波器复用个数和测量带宽相互制约的问题，该技术在提高复用检波器个数的同时还能够提高测量带宽；本发明采用多波长技术，利用不同波长信号间的延时对信号进行组合，从而获得更高的采样率；采用多波长与外差调制解调相结合技术，在提高复用检波器个数的同时还能够提高测量带宽。

主权项

1.一种多波长外差传感系统，其特征在于，所述多波长外差传感系统包括：传感器阵列、多波长光源、第一波分复用器、调制器、光纤放大器、环形器、第二波分复用器、探测器、数据采集卡和计算机；其中，所述传感器阵列采用内嵌式的迈克尔逊干涉仪形式，包括M个串联的检波器和第(M+1)法拉第旋镜，M≥2，第j个检波器包括第j光纤耦合器、长度为ΔL的第j延时光纤和第j法拉第旋镜，第j光纤耦合器的第一端口连接第(j-1)延时光纤的末端，第j光纤耦合器的第二端口连接第j延时光纤，第j光纤耦合器的第三端口连接第j法拉第旋镜，j＝1,…,M，第一光纤耦合器的第一端口连接环形器的第二端口，第M延时光纤的末端连接第(M+1)法拉第旋镜；所述多波长光源发出N个不同波长的连续光，波长分别为λ₁～λ_N，N≥2；经第一波分复用器合为一路；经过调制器后调制成脉冲序列，同一波长脉冲的重复周期为T，每个周期内同一波长产生频率分别为f₁和f₂两个脉冲，f₁≠f₂，称为脉冲对，Δf＝f₁-f₂称为外差频率，两个脉冲的宽度均为τ，两个脉冲之间的延时为Td；λ_i波长的脉冲对与λ_i-1波长的脉冲对延时上述脉冲序列经过光纤放大器放大后，进入环形器的第一端口，通过环形器的第二端口注入传感器阵列中；传感器阵列中的每个法拉第旋镜都将对脉冲序列进行反射，由于每个法拉第旋镜前面经历的延时不同，从而反射的脉冲序列将会错位叠加干涉；干涉信号经过环形器的第三端口到达第二波分复用器；经过第二波分复用器将N个波长分为N路，然后被探测器探测，并被数据采集卡采集；信号传输到计算机，检波器的法拉第旋镜的反射信号错位叠加干涉，第j法拉第旋镜反射的频率为f₂的脉冲与第(j+1)法拉第旋镜反射的频率为f₁的脉冲叠加干涉作为第j检波器的干涉信号；干涉信号的波长与脉冲对的波长相对应，分别选取第j检波器的λ_i波长下的干涉信号t_j为第j检波器的λ₁波长的反射信号的时刻，得到N个第j检波器的干涉信号，从而将采样率提高了N倍，得到干涉信号序列每个波长对应的外差频率均为Δf，将第j检波器的干涉信号序列进行解时分，得到第j检波器随时间变化的信号I^j(t)＝A+Bcos[2πΔft+Φ(t)]，其中A为直流项，B为信号的振幅，Φ(t)为外界振动信息，滤除直流成分后将得到滤波后的信号进行外差解调算法，得到Φ(t)；对传感器阵列上所有检波器均进行外差解调，从而得到传感器阵列上所有检波器的外界振动信息。/n