CN101586969A - 光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，该方法包括以下步骤：1)探测光纤干涉仪传感器的光谱；2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱；3)从幅度谱得到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。本发明通过监测光纤干涉传感器光谱频谱变换后中心频点处对应相位谱上相位的变化，得到干涉传感器的光程差变化，与传统探测强度频谱中心频率变化相比，相位谱上传感器中心频点对光程差很敏感，具有很高灵敏度或分辨率。

Description

光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法及其装置
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法及其装置。
背景技术
光纤传感器具有安全、不受电磁干扰、便于联网与远距离遥测、适于恶劣环境等一系列优点，已逐渐成为新一代传感器的主流发展方向之一。
光纤干涉仪传感解调方案可分为强度解调和相位解调两大类。强度解调法由于易受外界干扰不能用于高精度测量。相位解调可以获得高分辩率的腔长变化解调。目前，相位解调法有条纹计数法、傅立叶强度谱法、白光干涉法等。条纹计数法易受条纹畸变影响从而影响精度，且不能用于传感器的空间频率复用。傅立叶强度谱法用于受到光谱范围的影响分辨率有限，解调短光程差干涉仪时分辨率低。白光干涉法可以用于精度较高的光程解调，硬件法解调成本较高；软件法运算速度较低，对短腔长珐珀腔解调分辨率有待提高。
发明内容
本发明所要解决的技术方案是提供一种光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，该方法可以大大降低对干涉仪传感器光谱采样分辩率的要求，避免了传统基于光谱解调方法成本高的缺点，同时又具有很高的解调分辨率。
本发明还要提供上述方法的解调装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，该方法包括以下步骤：1)探测光纤干涉仪传感器的光谱；2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱。3)从幅度谱得到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。
本发明的有益效果是：本发明通过监测光纤干涉传感器光谱频谱变换后中心频点处对应相位谱上相位的变化，得到干涉传感器的光程差变化，根据采样定律，得到相位谱所需光谱采样点数较少，可以大大降低对光谱探测装置的要求，从而降低解调成本；与传统探测强度频谱中心频率变化相比，相位谱上传感器中心频点对光程差很敏感，具有很高灵敏度或分辨率；通过监测固定频点相位大小的方法耗时少，因而装置具有很好的动态响应能力。
附图说明
图1是本发明的解调装置的结构示意图。
图2是本发明的另一种解调装置的结构示意图。
图3是本发明的光纤干涉传感器的光谱图。
图4是本发明的光谱进行频谱变换后的幅度谱和相位谱。
具体实施方式
本发明的解调方法是：1)探测光纤干涉仪传感器的光谱。可以有两种方法探测光纤干涉仪的光谱：第一种是将宽带光源或多波长光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入光纤干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器或环形器的另一端，再进入光谱探测装置中，得到光纤干涉仪传感器的光谱；第二种是将波长可调谐光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入光纤干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器或环形器的另一端，再进入光电探测器中，得到光纤干涉仪传感器的光谱。2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱。3)从幅度谱得到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。
如图1所示，本发明的装置包括宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器、光谱探测装置和计算机，按光路依次为：宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光谱探测装置连接，所述光谱探测装置与计算机连接。
如图2所示，本发明的另一种装置包括波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器、光电探测器和计算机，按光路依次为：波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光电探测器连接，所述光电探测器与计算机连接。
上述从光纤干涉仪传感器的反射光信号被光谱探测装置探测到，如图3所示，将图3所得到的光谱图进行傅立叶变化后得到图4所示的幅度谱和相位谱，从强度谱上找到光纤干涉仪传感器的中心频点A，对应于中心频点A处相位谱上的相位P，通过监测相位P的变化即可得到传感器在外界参量作用下的光程变化，从而实现传感。
本发明通过监测光纤干涉仪传感器中心频点处相位谱上该频点处相位的变化，完全不同于传统的监测传感器强度谱中心频点变化的方法。
上述光纤干涉仪传感器可以是珐珀干涉仪、迈克尔逊干涉仪、环形腔干涉仪或马赫曾德干涉仪等，其中迈克尔逊干涉仪利用其反射光信号，马赫曾德干涉仪利用其透射光信号，珐珀干涉仪和环形腔干涉仪利用其反射光信号或透射光信号。

Claims (7)

1.光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)探测光纤干涉仪传感器的光谱；2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱。3)从幅度谱得到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。
2.如权利要求1所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特征在于，所述步骤1)是将宽带光源或多波长光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入光纤干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器或环形器的另一端，再进入光谱探测装置中，得到光纤干涉仪传感器的光谱。
3.如权利要求1所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特征在于，所述步骤1)是将波长可调谐光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入光纤干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器或环形器的另一端，再进入光电探测器中，得到光纤干涉仪传感器的光谱。
4.如权利要求1、2或3所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特征在于，所述光纤干涉仪传感器是珐珀干涉仪、迈克尔逊干涉仪、环形腔干涉仪或马赫曾德干涉仪，其中迈克尔逊干涉仪利用其反射光信号，马赫曾德干涉仪利用其透射光信号，珐珀干涉仪和环形腔干涉仪利用其反射光信号或透射光信号。
5.光纤干涉仪传感器光程变化的解调装置，其特征在于，包括宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器、光谱探测装置和计算机，按光路依次为：宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光谱探测装置连接，所述光谱探测装置与计算机连接。
6.光纤干涉仪传感器光程变化的解调装置，其特征在于，包括波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器、光电探测器和计算机，按光路依次为：波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光电探测器连接，所述光电探测器与计算机连接。
7.如权利要求5或6所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调装置，其特征在于，所述光纤干涉仪传感器是珐珀干涉仪、迈克尔逊干涉仪、环形腔干涉仪或马赫曾德干涉仪。
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