一種基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)，包括半導體激光器、與所述半導體激光器連接的干涉系統(tǒng)、與所述干涉系統(tǒng)連接的待測光纖、與所述待測光纖連接的偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)、與所述偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)連接的光纖耦合器、與所述光纖耦合器連接的光電探測器、與所述光電探測器連接的信號處理單元以及與所述信號處理單元連接的輔助裝置，基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)采用偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)，主要解決了兩個問題，其一測量中的多次干涉問題，其二相干檢測中的偏振衰落問題，從而提高了的檢測靈敏度。
【專利說明】
一種基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于光學相干干涉技術領域，具體是涉及一種基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]光學干涉測量技術是以光波干涉原理為基礎的一門技術，與一般的光學測量方法相比，因為干涉儀器是以干涉條紋來反映被測物理量，如位移、反射率、折射率、波長等的變化信息，所以光學干涉測量技術具有更高的靈敏度和精度，干涉法原理簡單，構造容易，測量精度高，測量范圍廣，常用的干涉儀器有邁克爾遜干涉儀、馬赫-曾德干涉儀、菲索干涉儀、泰曼-格林干涉儀，在激光出現(xiàn)以后，加之電子技術和計算機技術的發(fā)展，光學干涉技術得到了長遠發(fā)展。
[0003]基于光學相干干涉技術的光纖檢測技術引起了國內外的廣泛關注，作為一種極其重要的測量和分析手段，它可被廣泛應用于光纖鏈路的故障檢測，橋梁、大壩、輸油管道、電力線路等大尺度構件的健康狀況監(jiān)測，以及礦井、隧道、樓房等的塌方預警。
[0004]但是在實際光纖檢測過程中基于光相干干涉檢測時，測量中會出現(xiàn)多次干涉問題以及會出現(xiàn)光偏振衰落問題，另外在環(huán)境干擾較大的情況下，都會影響光相干干涉檢測的精確度和靈敏度。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)，具有較高的精確度和靈敏度。
[0006]為了達到以上目的，本發(fā)明提供如下技術方案:一種基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)，包括半導體激光器、與所述半導體激光器連接的干涉系統(tǒng)、與所述干涉系統(tǒng)連接的待測光纖、與所述待測光纖連接的偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)、與所述偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)連接的光纖耦合器、與所述光纖耦合器連接的光電探測器、與所述光電探測器連接的信號處理單元以及與所述信號處理單元連接的輔助裝置，所述干涉系統(tǒng)包括與所述半導體激光器連接的邁克爾遜干涉儀、與所述邁克爾遜干涉儀連接的固定反射鏡以及置于待測光纖一側的參考反射鏡，所述固定反射鏡與待測光纖固定連接，所述偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)包括聲光移頻器A0FS、保偏耦合器PMC、一組偏振分束器、一組平衡接收器、一組帶通濾波器、求和電路和低通濾波器LPF，所述偏振分束器包括第一偏振分束器PBSl和第二偏振分束器PBS2，所述平衡接收器包括第一平衡接收器和第二平衡接收器，所述帶通濾波器包括第一帶通濾波器BPFl和第二帶通濾波器BPF2，所述待測光纖和聲光移頻器AOFS分別連接至所述保偏耦合器PMC輸入端，所述保偏耦合器PMC輸出端分別連接至所述第一偏振分束器PBSl輸入端和第二偏振分束器PBS2輸入端，所述第一偏振分束器PBSl輸出端連接所述第一平衡接收器輸入端，所述第一平衡接收器輸出端連接所述第一帶通濾波器BPFl輸入端，所述第二偏振分束器PBS2輸出端連接所述第二平衡接收器輸入端，所述第二平衡接收器輸出端連接所述第二帶通濾波器BPF2輸入端，所述第一濾波器BPFl輸出端和第二濾波器BPF2輸出端分別連接至所述求和電路輸入端，所述求和電路輸出端連接至所述低通濾波器LPF輸入端。
[0007]進一步地，包括電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)為本系統(tǒng)提供電源，提供電源是本專利提供的系統(tǒng)正常工作的基本條件。
[0008]進一步地，所述輔助裝置包括報警裝置、故障指示燈和顯示裝置。
[0009]進一步地，包括主時鐘以及與所述主時鐘連接的脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器與所述半導體激光器輸入端連接。
[0010]進一步地，包括計數(shù)模塊，所述計數(shù)模塊包括接收電路、放大整形電路、計數(shù)器電路、顯示模塊和控制電路。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術比較，具有的優(yōu)點是:基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)采用偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)，主要解決了兩個問題，其一測量中的多次干涉問題，其二相干檢測中的偏振衰落問題，從而提高了的檢測靈敏度。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明提出的基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)總體結構示意圖。
[0013]圖2是基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)的偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0015]如圖1所示，一種基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)，包括半導體激光器、與所述半導體激光器連接的干涉系統(tǒng)，與所述干涉系統(tǒng)連接的待測光纖，與所述待測光纖連接的偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)，與所述偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)連接的光纖耦合器，與所述光纖耦合器連接的光電探測器、與所述光電探測器連接的信號處理單元以及與所述信號處理單元連接的輔助裝置，所述半導體激光器輸入端連接脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器輸入端連接主時鐘，主時鐘產生標準時鐘信號給脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器根據(jù)該標準時鐘信號產生符合要求的窄脈沖，并用該窄脈沖調制半導體激光器光源，半導體激光器發(fā)送光信號至光方向的干涉系統(tǒng)，所述干涉系統(tǒng)包括與所述半導體激光器連接的邁克爾遜干涉儀、與所述邁克爾遜干涉儀連接的固定反射鏡以及置于待測光纖一側的參考反射鏡，所述固定反射鏡與待測光纖固定連接，當固定反射鏡隨待測光纖移動時，兩路光束的光程差就發(fā)生變化，干涉條紋也將發(fā)明暗交替變化，該干涉系統(tǒng)將光信號分成兩束，其中一束光經(jīng)過所述固定反射鏡返回，其光程是固定的，稱為固定光，另一束光則進入待測光纖，由于待測光纖存在折射率的微觀不均勻性，會產生瑞利散射，后向散射光滿足光纖數(shù)值孔徑而注入端返回，稱為信號光，如果傳播長度滿足光的相干條件，則信號光和參考光通過第二光纖耦合器進入到故障分析系統(tǒng)的光電探測器中并在光電探測器的光敏面上發(fā)生混頻，光電探測器就會輸出相應頻率的光電流，從而得到沿待測光纖各處的散射衰減特性，同時可以通過測試頻率的最大值推測出待測光纖的長度，沿待測光纖各處的散射衰減特性以及待測光纖的長度等測量數(shù)據(jù)最后經(jīng)過與所述光電探測器連接的信號處理單元處理，信號處理單元處理后的信號發(fā)送到輔助裝置中，輔助裝置包括報警裝置、故障指示燈和顯示裝置，報警裝置和故障指示燈用于故障報警，顯示裝置用于顯示檢測數(shù)據(jù)信息和結果；
參照圖2，所述偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)包括聲光移頻器AOFS、保偏耦合器PMC、一組偏振分束器、一組平衡接收器、一組帶通濾波器、求和電路和低通濾波器LPF，所述偏振分束器包括第一偏振分束器PBSl和第二偏振分束器PBS2，所述平衡接收器包括第一平衡接收器和第二平衡接收器，所述帶通濾波器包括第一帶通濾波器BPFl和第二帶通濾波器BPF2，所述待測光纖和聲光移頻器AOFS分別連接至所述保偏耦合器PMC輸入端，所述保偏耦合器PMC輸出端分別連接至所述第一偏振分束器PBSl輸入端和第二偏振分束器PBS2輸入端，所述第一偏振分束器PBSl輸出端連接所述第一平衡接收器輸入端，所述第一平衡接收器輸出端連接所述第一帶通濾波器BPFl輸入端，所述第二偏振分束器PBS2輸出端連接所述第二平衡接收器輸入端，所述第二平衡接收器輸出端連接所述第二帶通濾波器BPF2輸入端，所述第一濾波器BPFl輸出端和第二濾波器BPF2輸出端分別連接至所述求和電路輸入端，所述求和電路輸出端連接至所述低通濾波器LPF輸入端，聲光移頻器將參考光頻偏移20MHz，從而實現(xiàn)光外差檢測，克服多次干涉問題，并將偏移后的光信號和光纖信號光輸入到保偏耦合器中，最后經(jīng)過低通濾波器LPF輸出，最后的低通濾波器LPF輸出信號與信號的偏振態(tài)五官，表明該偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)用于本專利提出的檢測系統(tǒng)中時，該檢測方式是與偏振無關的，從而克服偏振衰落的問題。
[0016]本專利提出的基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)還包括計數(shù)模塊，所述計數(shù)模塊包括接收電路、放大整形電路和計數(shù)器電路，所述計數(shù)模塊與所述信號處理單元連接，所述計數(shù)模塊包括接收電路、放大整形電路、計數(shù)器電路、顯示模塊和控制電路，脈沖信號經(jīng)過計數(shù)模塊，所述接收電路主要任務是接收信號，然后輸出電壓信號，放大整形電路主要用于將電信號放大到一定程度后后面的電路才好正常運作，計數(shù)器電路是整個計數(shù)模塊的核心部件，它用來接收脈沖信號經(jīng)過內部觸發(fā)器的運作輸出二進制數(shù)，將計數(shù)器輸出的二進制數(shù)譯成的7段顯示碼信號觸動數(shù)碼管各端顯示出所記脈沖個數(shù)的數(shù)字，控制電路用于對計數(shù)電路的工作產生置位與復位，最后通過顯示模塊可以觀察到移動條紋數(shù)，通過干涉條紋變化的測量就可以測量被測物體。
[0017]本專利提出的基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)還包括電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)為本系統(tǒng)提供電源。
[0018]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)，其特征在于:包括半導體激光器、與所述半導體激光器連接的干涉系統(tǒng)、與所述干涉系統(tǒng)連接的待測光纖、與所述待測光纖連接的偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)、與所述偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)連接的光纖耦合器、與所述光纖耦合器連接的光電探測器、與所述光電探測器連接的信號處理單元以及與所述信號處理單元連接的輔助裝置，所述干涉系統(tǒng)包括與所述半導體激光器連接的邁克爾遜干涉儀、與所述邁克爾遜干涉儀連接的固定反射鏡以及置于待測光纖一側的參考反射鏡，所述固定反射鏡與待測光纖固定連接，所述偏振分集光外差相干接收系統(tǒng)包括聲光移頻器AOFS、保偏耦合器PMC、一組偏振分束器、一組平衡接收器、一組帶通濾波器、求和電路和低通濾波器LPF，所述偏振分束器包括第一偏振分束器PBSI和第二偏振分束器PBS2，所述平衡接收器包括第一平衡接收器和第二平衡接收器，所述帶通濾波器包括第一帶通濾波器BPFl和第二帶通濾波器BPF2，所述待測光纖和聲光移頻器AOFS分別連接至所述保偏耦合器PMC輸入端，所述保偏親合器PMC輸出端分別連接至所述第一偏振分束器PBSI輸入端和第二偏振分束器PBS2輸入端，所述第一偏振分束器PBSl輸出端連接所述第一平衡接收器輸入端，所述第一平衡接收器輸出端連接所述第一帶通濾波器BPFl輸入端，所述第二偏振分束器PBS2輸出端連接所述第二平衡接收器輸入端，所述第二平衡接收器輸出端連接所述第二帶通濾波器BPF2輸入端，所述第一濾波器BPFl輸出端和第二濾波器BPF2輸出端分別連接至所述求和電路輸入端，所述求和電路輸出端連接至所述低通濾波器LPF輸入端。2.根據(jù)權利要求1所述的基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)，其特征在于:包括電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)為本系統(tǒng)提供電源。3.根據(jù)權利要求1所述的基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)，其特征在于:所述輔助裝置包括報警裝置、故障指示燈和顯示裝置。4.根據(jù)權利要求1所述的基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)，其特征在于:包括主時鐘以及與所述主時鐘連接的脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器與所述半導體激光器輸入端連接。5.根據(jù)權利要求1所述的基于光學相干干涉的測量系統(tǒng)，其特征在于:包括計數(shù)模塊，所述計數(shù)模塊包括接收電路、放大整形電路、計數(shù)器電路、顯示模塊和控制電路，所述計數(shù)模塊與所述信號處理單元連接。
【文檔編號】G01D3/036GK106017513SQ201610477817
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】朱俊
【申請人】江蘇駿龍光電科技股份有限公司