專利名稱：干涉型光纖傳感器數(shù)字解調裝置的制作方法
技術領域：
干涉型光纖傳感器數(shù)字解調裝置
技術領域：
本實用新型涉及干涉型光纖傳感器的技術，特別涉及干涉型光纖傳感器的數(shù)字解調技術。
背景技術：
隨著光纖技術的發(fā)展，光纖傳感器的研究受到廣泛重視。根據(jù)外界物理量(如溫度、壓力、位移、振動)對光子物理參數(shù)的調制原理不同，光纖傳感器分為光強調制、相位調制、偏振調制和波長調制等幾種類型。其中相位調制光纖傳感器又稱為干涉型光纖傳感器， 是上述幾種類型中測量靈敏度最高、應用最廣泛的一種。它利用干涉儀，將外界物理量對光相位調制信息，轉換為光強度的調制信息；通過測量干涉光的強度變化，實現(xiàn)物理量的傳感。然而，由于光相位信息與光強之間的非線性關系，不能直接由光強測量值得光相位信息。又因為溫度漂移、外界震動和光源的相位噪聲等因素的影響，干涉光強會隨機漲落。特別當干涉儀工作在最不靈敏的區(qū)域時，信號會完全消隱，出現(xiàn)所謂的相位衰落現(xiàn)象。因此，實用的干涉型光纖傳感器必須采用信號解調技術，消除環(huán)境噪聲的影響，從干涉光的強度變化信息中，恢復外界物理量對光子相位的調制信息，從而準確地實現(xiàn)物理量傳感。為使干涉型光纖傳感器避免出現(xiàn)相位衰落現(xiàn)象，中國專利“干涉型光纖傳感器及控制工作點的數(shù)字閉環(huán)方法”(申請?zhí)?00910077387. X)的技術手段是在干涉儀的兩干涉光波之間引入方波相位調制信號，使干涉儀的輸出信號由余弦響應變?yōu)榉讲ㄕ`差信號，根據(jù)方波誤差信號生成補償相移，并將補償相移反饋至光路中，用于抵消相位漂移，使干涉儀穩(wěn)定在正交工作點。由于該技術需要采用一套復雜的時序電路、相位調制器、D/A轉換器及驅動器等器件組成一閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構繁瑣，過程復雜，不便組成傳感器陣列，難以做成多點式測量系統(tǒng)。中國專利“外差式相位干涉型光纖傳感器的正交解調裝置”(申請?zhí)?201010039599. 1)采用外差測量與光纖延遲線相結合的技術手段，在干涉儀的參考臂加入外差調制器，使參考臂產(chǎn)生頻移，兩臂形成頻差，從而使干涉儀的輸出包含頻差信號；將干涉光一分為二，一路光直接與一個光電探測器相連，另一路通過一個可調光纖延遲線后與另一個光電探測器相連；兩個光電探測器的輸出信號分別通過兩路獨立的混頻電路與外差
調制信號源做模擬下變頻后，當可調光纖延遲線使該兩路光的相位差為f時，即可得到信
號的同相分量與正交分量；再通過一套復雜電路組成的模擬解調運算系統(tǒng)，最后得到相位傳感信號。因此，該系統(tǒng)必須知道光源的準確波長，根據(jù)波長值，才能控制可調光纖延遲線，
實現(xiàn)相位差為由于該系統(tǒng)大多采用模擬器件，實際操作過程中，因器件的差異性和穩(wěn)定
性，勢必造成信號解調的效果不佳。另該系統(tǒng)的外差測量中所用的光移頻調制器等部件，其價格昂貴，成本不菲。
實用新型內容為了解決現(xiàn)有技術中的問題，本實用新型提供了一種干涉型光纖傳感器數(shù)字解調裝置，其包括激光光源、干涉儀、光電探測器、模擬放大濾波電路、驅動電路、微處理器，所述的干涉儀包括第一光纖耦合器、傳感光纖、補償光纖、光纖式相位調制器、第二光纖耦合器， 其傳感光纖構成干涉儀的探測臂，補償光纖與相位調制器構成干涉儀的參考臂，來自激光光源的光波，首先進入第一光纖耦合器，被其分為兩路，一路光進入傳感光纖，形成信號光， 另一路進入補償光纖、相位調制器，形成參考光，所述的微處理器內置模數(shù)轉換器A/D、數(shù)模轉換器D/A，微處理器通過數(shù)模轉換器D/A、驅動電路，對該相位調制器，加以頻率為ω。的余弦載波驅動電壓，使參考光的相位附加變化外=Mc cos(iyco，其中Mc為相位調制深度，由探測臂返回的信號光與由參考臂返回的參考光，又通過第二光纖耦合器，匯合在一起，因干涉效應所形成的干涉光，被光電探測器接收，該光電探測器把干涉光強度信號轉化為電信號，該電信號包括傳感信號、載波的基頻及高次諧波信號，該電信號經(jīng)一個模擬放大濾波器后，該模擬信號I(t)通過測試端口對外輸出，同時，I(t)被送至微處理器的模數(shù)轉換器A/ D，進行時間離散化抽樣，得到其數(shù)字信號序列I (IiTs)，η為正整數(shù)，并保存在微處理器的存儲單元RAM，微處理器通過運行其各算法軟件模塊，對該數(shù)字信號序列I(IiTs)進行處理計算，得到相位傳感信號，并通過微處理器的I/O 口，將相位傳感信息對外通信輸出。作為本實用新型的進一步改進，在所述的干涉儀的參考臂中，采用一段補償光纖來增加參考臂的光纖長度，以補償其與探測臂之間的光纖長度差，使探測臂與參考臂光程盡量相等，保持平衡狀態(tài)，這樣可極大程度地減少噪聲，提高干涉儀的信噪比。作為本實用新型的進一步改進，對所述干涉儀的相位調制器，加以頻率為Oe的余弦載波驅動電壓，取載波頻率ω ^遠高于傳感信號的頻率《sms 。這樣，有利于傳感信號與載波信號的區(qū)分，便于后續(xù)的數(shù)字下變頻處理。而供(0受外界物理量變化的影響，識(0 對時間變化率一般不高；當載波頻率ω^選為幾十KHz時，樹0的信號頻率ω sm■，相對載波頻率ω。足夠小。作為本實用新型的進一步改進，所述的模擬放大濾波器，由信號放大與低通濾波電路組成，除信號放大作用外，能保證其輸出信號I (t)不含載頻0^的10次以上諧波分量， 其目的進一步限制I (t)的信號帶寬，為后續(xù)的離散化抽樣創(chuàng)造有利條件。作為本實用新型的進一步改進，所述的模數(shù)轉換器A/D，對干涉光總強度信號，進行采樣周期為Ts的時間離散化抽樣，其中采樣周期Ts，滿足
權利要求1.一種干涉型光纖傳感器數(shù)字解調裝置，其特征在于其包括激光光源、干涉儀、光電探測器、模擬放大濾波電路、驅動電路、微處理器，所述的干涉儀包括第一光纖耦合器、傳感光纖、光纖式相位調制器、第二光纖耦合器，所述傳感光纖構成干涉儀的探測臂，光纖式相位調制器構成干涉儀的參考臂，來自激光光源的光波，首先進入第一光纖耦合器，被其分為兩路，一路光進入傳感光纖，形成信號光，另一路進入光纖式相位調制器，形成參考光，所述的微處理器內置模數(shù)轉換器A/D、數(shù)模轉換器D/A，微處理器通過數(shù)模轉換器D/A、驅動電路，對所述光纖式相位調制器，加以頻率為的余弦載波驅動電壓，使參考光的相位附加變化<Pc = Mc COS(C)cO，其中M。為相位調制深度，信號光與相位變化后的參考光，又通過第二光纖耦合器，匯合在一起，因干涉效應所形成的干涉光，被光電探測器接收，該光電探測器把干涉光強度信號轉化為電信號，該電信號經(jīng)一個模擬放大濾波器后，該模擬信號 I(t)通過測試端口對外輸出，同時，I (t)被送至微處理器的模數(shù)轉換器A/D，進行時間離散化抽樣，得到其數(shù)字信號序列I(nTs)，η為正整數(shù)，并保存在微處理器的存儲單元RAM，微處理器通過運行其各算法軟件模塊，對該數(shù)字信號序列I(IiTs)進行處理計算，得到相位傳感信號，并通過微處理器的I/O 口，將相位傳感信息對外通信輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調裝置，其特征在于，所述干涉儀的參考臂中還包括補償光纖，補償光纖與光纖式相位調制器構成干涉儀的參考臂。
3.根據(jù)權利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調裝置，其特征在于，對相位調制器，加以頻率為ωe的余弦載波驅動電壓，取載波頻率遠高于傳感信號頻率ω· 。
4.根據(jù)權利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調裝置，其特征在于，所述的模擬放大濾波器，由信號放大與低通濾波電路組成。
5.根據(jù)權利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調裝置，其特征在于所述的模數(shù)轉換器A/D，對干涉光總強度信號進行采樣周期為Ts的時間離散化抽樣，其中采樣周期Ts， 兩足
6.根據(jù)權利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調裝置，其特征在于所述電信號包括傳感信號、載波的基頻及高次諧波信號。
專利摘要本實用新型提供了一種干涉型光纖傳感器的數(shù)字解調裝置，其包括激光光源、干涉儀、光電探測器、模擬濾波電路、驅動電路及微處理器等模塊，干涉儀的探測臂、參考臂分別由傳感光纖、補償光纖與相位調制器構成，對該相位調制器，加頻率為ωC的載波驅動電壓，并用補償光纖來增加參考臂光纖長度，以補償其與探測臂之間的光纖長度差，使干涉儀處于平衡狀態(tài)，對干涉光總強度信號I(t)，進行采樣周期為Ts的離散化抽樣，得其信號序列I(nTS)，將I(nTS)分別與頻率為2ωC的數(shù)字本振信號cos(2ωCnTS)、頻率為ωC的數(shù)字本振信號cos(ωCnTS)相乘，做數(shù)字下變頻，獨立得到傳感信號的同相分量II(nTS)、正交分量IQ(nTS)，再由II(nTS)、IQ(nTS)計算出傳感信號完成干涉型光纖傳感器的數(shù)字解調，相對模擬技術，該裝置結構簡潔，機動性與穩(wěn)定性更好。
文檔編號G02F2/00GK202267808SQ20112020996
公開日2012年6月6日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權日2011年6月20日
發(fā)明者張亦慧 申請人:深圳職業(yè)技術學院