CN105628174A

CN105628174A - 基于偏振切换的光纤f-p传感器振动解调系统和方法

Info

Publication number: CN105628174A
Application number: CN201610011631.2A
Authority: CN
Inventors: 罗洪; 夏霁; 王付印; 熊水东; 张振慧; 曹春燕; 王建飞
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2036-01-08
Also published as: CN105628174B

Abstract

本发明涉及一种基于偏振切换的光纤F-P传感器振动信号解调系统和解调方法，属于光纤传感及信号解调领域。所述装置由宽谱光源，保偏光纤光栅，保偏环形器，保偏掺铒光纤放大器，电光调制器，信号发生器，检偏器，环形器，电光调制器，高速数据采集卡，计算机，功率放大器，振动台和光纤F-P传感器组成；本发明克服了传统双波长解调系统中的光路不平衡问题，实现了在同一光源、光电探测器和相同光路上的两路干涉信号解调；同时，本发明提出了一种椭圆拟合法和微分交叉相乘算法相结合的两路信号解调方法，该方法可以有效地避免F-P传感器腔长制作工艺误差给解调系统带来的不准确性。

Description

基于偏振切换的光纤F-P传感器振动解调系统和方法

技术领域

本发明涉及一种基于偏振切换的光纤F-P传感器振动信号解调系统和解调方法，属于光纤传感及信号解调领域。

背景技术

当外界物理量(如位移、应力与温度等)施加在一个光纤Fabry-Perot(F-P)传感器上时，该传感器的腔长会发生变化，进而导致输出的干涉相位信号发生变化。因此，干涉相位信号容易受到外界物理参数作用的影响，相位信号解调是目前解调技术的一大技术核心。干涉型传感器的解调也是基于相位的求解进行的。目前，相关领域研究学者已经提出两种方法对相位信号进行解调：一种方法是基于白光干涉理论，但是该方法检测的原始干涉信号需要通过多级干涉仪实现传感参数求解，这无疑增加了解调系统的复杂度和成本；另一种方法是基于双波长原理(如文献EnLu,ZenglingRan,FeiPeng,etal.Demodulationofmicrofiber-opticFabry-Perotinterferometerusingsubcarrieranddual-wavelengthmethod[J].OpticsCommunications,2012,285(6):1087-1090和WangT.Dual-WavelengthDemodulationandWavelengthOptimizationforOpticalFiberFabry-PerotSensor[J].ActaOpticaSinica,2005.)，使用两束互相垂直的相移信号光的干涉实现相位信号解调。电子科技大学饶云江的科研团队设计了一种双波长强度解调光路系统，该系统使用两个不同工作波长的单色光源，通过对波长和传感器腔长进行设计，使得两路信号光的相移输出相差π/2，该系统基于载波技术和双波长原理消除了光源波动、光路扰动和系统电参数的干扰。然而，这类传统的双波长解调系统一般使用两个不同的光源或光电探测器，给系统带来光路的不平衡问题。光路不平衡是由外界环境干扰、光源波动、探测器响应速度和灵敏度以及系统噪声等导致的信号光光程不一致形成的，最终导致干涉信号相位解调的不准确和解调系统的不稳定。

由于低精细度短F-P传感器构成的光纤F-P传感器是一种高性能的点检测传感器，可应用于位移、应力与温度等多种物理量的检测，为获取高灵敏度，传感器工作点必须保持在正交状态。在实际应用中，由于加工误差与环境干扰的影响，传感器工作点很容易偏离正交点而进入饱和区，造成输出信号衰减与失真。针对这一问题，相关领域提出了传感器工作点稳定技术，其中可调谐激光源技术(如文献MURPHYKA,GUNTHERMF,VENGSARKARAM,etal.Quadraturephase-shiftedextrinsicFabry-Perotopticalfibersensors[J].OptLett.,1991,16(4):273-275)与双波长稳定技术(如文献O.Frazao,S.H.Aref,J.M.Baptista,J.L.Santos,H.Latifi,F.Farahi,J.Kobelke,andK.Schuster.Fabry-Perotcavitybasedonasuspended-corefiberforstrainandtemperaturemeasurement.IEEEPhoton.Technol.Lett.,2009,21(9):1229-1231)是光纤F-P传感器常用的两种工作点稳定方法：可调谐激光源技术通过监测外界干扰信号的变化，用闭环控制来实现传感器工作点的正交状态，对干扰敏感、系统构成复杂与成本高是该方法的主要缺点；双波长稳定技术是通过合理设计及选择两路输出信号光波长，使得两路输出信号处于正交状态，这样当一路信号处于饱和，另一路则处于线性区，从而提高了传感器的灵敏度。双波长稳定技术系统中的两路工作波长设定后，对F-P传感器的腔长制作工艺的精度要求就大大提高，否则，将给该基于双波长原理的信号解调结果带来一定的误差，这是传统双波长法的一大不足之处。

本发明设计了一种偏振切换的F-P传感器振动信号解调系统，克服了传统双波长解调系统中的光路不平衡问题，实现了在同一光源、光电探测器和相同光路上的两路干涉信号解调；同时，本发明提出了一种椭圆拟合法和微分交叉相乘算法相结合的两路信号解调方法，该方法可以有效地避免F-P传感器腔长制作工艺误差给解调系统带来的不准确性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点，提出一种基于偏振切换的光纤F-P传感器振动信号解调系统，该系统具有实用可靠、设计巧妙、解调稳定等优点。

本发明采用的技术方案为：一种基于偏振切换的光纤F-P传感器振动解调系统，由宽谱光源1，保偏光纤光栅2，保偏环形器3，保偏掺铒光纤放大器4，电光调制器5，信号发生器6，检偏器7，环形器8，电光调制器9，高速数据采集卡10，计算机11，功率放大器12，振动台13和光纤F-P传感器14组成；由宽谱光源1发出的宽带光经单模光纤进入保偏环形器3的301端口，再从保偏环形器3的302端口输出进入保偏光纤光栅2，在保偏光纤光栅2处发生反射，形成波长不同、偏振态相互垂直的反射光，所述反射光再次从保偏环形器3的302端口进入保偏环形器3并从保偏环形器3的303端口出射，出射的反射光经由保偏光纤进入保偏掺铒光纤放大器4进行光强放大，放大后的反射光通过电光调制器5实现偏振态方向旋转；所述电光调制器5的参考电压由信号发生器6的601通道输出方波信号控制，可以在一个方波信号的高、低电平状态下对反射光中的两个偏振态方向实现旋转，旋转后的线偏振光经保偏光纤进入检偏器7，以保证仅有一个线偏光通过，进而实现两个不同波长、偏振态互相垂直的线偏光的切换；切换后的线偏光再通过环形器8的801端口传输至802端口，并经过单模光纤进入光纤F-P传感器14，在光纤F-P传感器14内发生干涉以后携带着相位信息返回至环形器8的802端口，再从环形器8的803端口输出后，被光电探测器9探测后进行光电转换，光电转换后的信号被高速数据采集卡10采集后进入计算机11进行解调求解。

所述的宽谱光源1工作于C波段，输出的光波长为(1528.77～1563.86)nm，功率为42.5mW；

所述的保偏光纤光栅2通过相位掩膜法刻写在载氢处理后的熊猫型保偏光纤上，光栅类型为切趾型光栅，光栅的峰值反射率为94％，反射后产生两个具有不同中心波长的反射峰(图2中的反射光是保偏光纤快、慢轴上的反射峰的叠加形成的光谱)分别为1534.6nm(慢轴)和1535.1nm(快轴)，二者的3dB带宽约为0.2nm，切换后，它们作为该双波长解调系统的两路信号光；

所述的保偏掺铒光纤放大器4可以将从保偏环形器3的303端口出射的信号光功率14.75μW放大至14.76mW，以保证该信号光强度可以满足后续系统传感要求；

所述的电光调制器5采用法国Photline公司研制的PS-LN铌酸锂(LiNbO₃)偏振旋转器，工作频带为1310/1550nm，最大偏振态切换频率可达150MHz，当方波调制信号通过射频电极施加到LiNbO₃光波导时，原有相互垂直的快、慢轴偏振光的偏振态传输相位特性产生了差异，从而导致输出偏振态方向随方波调制电压的变化而发生旋转，通过检偏器7后实现两个不同中心波长的快、慢轴线偏光信号的时域上的切换；

所述的光纤F-P传感器14是由两个单模光纤的纤芯端面(直径为125μm)插入一个内径为128μm的毛细玻璃套管中，在显微镜下制作的F-P传感器，所述传感器的腔长为500μm(腔长误差在1％以内)，两端分别用胶水密封固定，传感器的光路连接端被粘贴在振动台13上用于对振动信号传感。

本发明还提供一种基于上述系统的解调方法，该方法的步骤如下：

第一步，按如上所述连接好系统的各组成部件，并依次打开宽谱光源1、信号发生器6、保偏掺铒光纤放大器4、电光调制器5、功率放大器12、光电探测器9和高速数据采集卡10以及计算机11；

第二步，利用所述信号发生器6的601通道输出方波信号，所述方波信号的参数设置为：高电平U_up＝3.0V，低电平U_low＝-2.7V，调制频率为10kHz，用于实现反射光中两个垂直偏振态旋转后通过检偏器7的切换输出：当信号发生器6的601通道输出的方波信号为高电平时，所述反射光通过检偏器7输出一个偏振态的信号光；当信号发生器6的601通道输出的方波信号为低电平时，所述反射光通过检偏器7输出另外一个偏振态的信号光；

第三步，将所述光纤F-P传感器14的光路连接端固定在振动台13的上表面，用于实现对振动信号的传感：光纤F-P传感器14的发射端固定在振动台13的上表面后在振动信号的作用下，传感器的腔长会随着振动信号发生相应的变化，腔长的不断变化导致了光纤F-P传感器14输出的干涉信号相位的变化；

第四步，利用所述信号发生器6的602通道输出正弦信号，所述正弦信号的参数设置为：高电平U_up＝1.0V，低电平U_low＝-1.0V，频率为100Hz，用于调节功率放大器12的增益使得由其控制的振动台13产生幅度合适的振动信号；

第五步，对计算机11的数据采集单元及信号发生器6的601通道输出的方波信号进行时钟同步：由于在振动解调系统中传输的是脉冲光，为了在数据采集时更好地实现两路干涉信号的检测和采集，必须使信号发生器6和计算机11的数据采集单元在时序上统一起来；通过高速数据采集卡10的一个输出通道发出的外部时钟对信号发生器6和计算机11的数据采集单元进行时钟同步，可以实现在信号发生器6的601通道输出的方波信号的每一个电平状态下对应一路偏振状态信号光的输出并在光纤F-P传感器14中进行振动信号传感。

第六步，光纤F-P传感器14对振动信号的传感及数据采集：通过计算机11设置高速数据采集卡10的采样率为50kHz，经第五步进行时钟同步后，在每个方波调制信号的电平状态下只有一路信号光进入光纤F-P传感器14产生一个干涉信号，所述干涉信号被光电探测器9检测并转换为电压值后被高速数据采集卡10采集；将每个方波调制信号对应的高电平或低电平状态下采集到的5个电压值分别进行平均计算得到该电平状态下的光强值，根据双波长原理，由方波调制信号的两个高、低电平状态下所采集到的两个光强值可以求解采样时刻的相位值；

第七步，结合椭圆拟合算法和微分交叉相乘算法处理两路光强值，实现振动信号的解调：

7.1对第六步采集到的两个光强值进行椭圆拟合：将第六步中每个方波调制信号的高电平状态下采集到的光强值作为横坐标，每个方波调制信号的低电平状态下采集到的光强值作为纵坐标，利用最小二乘算法进行椭圆拟合，经椭圆拟合后得到椭圆隐式方程的五个系数；

7.2消除原始信号的直流成分并实现相位解调计算：通过7.1中椭圆拟合得到的五个系数计算初始信号中的直流成分并将其滤除(直流量补偿)，信号中的直流量补偿处理后的两路信号经过微分交叉相乘算法处理，求解出采样时间内光纤F-P传感器14输出的干涉相位的变化曲线，滤除该干涉相位信号中的高频噪声成分后进行频谱变换就得到振动信号测量的功率谱，分析测量得到的功率谱对应的峰值波长及其信噪比就可以实现该系统对振动信号的解调。

本发明具有以下有益效果：

1)首次实现基于偏振切换的光纤F-P传感器解调系统在同一光路中进行振动信号解调，有效地解决了传统双波长解调系统中的光路不平衡问题，可以在只有一个光源、光电探测器和相同光路的解调系统中实现振动信号的传感与解调；

2)基于椭圆拟合算法和微分交叉相乘算法结合实现该解调系统的振动信号解调，椭圆拟合算法拟合精度高，计算速度快，拟合的参数可以较好的实现干涉信号中直流量的消除；

3)本发明的解调系统进行传感的方法避免了传统方法中对F-P传感器腔长的严格限制这一缺陷，具有更优化的系统、更好的可实现性，传感器结构参数易于工艺制作，具有良好的适用性。

附图说明

图1一种新型基于偏振切换的光纤F-P振动传感器解调系统的结构示意图，其中：1为宽谱光源，2为保偏光纤光栅，3为保偏环形器，4为保偏掺铒光纤放大器，5为电光调制器，6为信号发生器，7为检偏器，由以上七个部分组成该解调系统的两路工作波长切换结构，该结构中所用的连接光纤均为保偏光纤；8为环形器，9为光电探测器，10为高速数据采集卡，11为计算机，12是功率放大器，13为振动台，14为光纤F-P传感器；信号发生器6的601通道输出信号对电光调制器5进行调制，602通道输出信号对振动台进行控制；301是保偏环形器3的输入端口，302为保偏环形器3的第一输出端口，303为保偏环形器3的第二输出端口；801是环形器8的输入端口，802为环形器8的第一输出端口，803为环形器8的第二输出端口。本发明所用连接电缆均为自带的连接线或具有标准接口的连接线；

图2保偏光纤光栅2的反射光及两路信号光切换的时序示意图；

图3解调的相位信号时域图；

图4解调的相位信号频谱图；

图5三种不同腔长的F-P传感器的振动信号测量结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的具体结构、原理以及结构优化过程作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提出一种基于偏振切换的光纤F-P传感器的振动信号解调系统和方法：该解调系统由宽谱光源1，保偏光纤光栅2，保偏环形器3，保偏掺铒光纤放大器4，电光调制器5，信号发生器6，检偏器7，环形器8，电光调制器9，高速数据采集卡10，计算机11，功率放大器12，振动台13和光纤F-P传感器14组成。其中由宽谱光源1，保偏光纤光栅2，保偏环形器3，保偏掺铒光纤放大器4，电光调制器5，信号发生器6和检偏器7组成两路工作波长切换结构，整个波长切换结构的光路均是保偏光纤光路(除了连接宽谱光源1与保偏环形器3的301端口使用的单模光纤)；由宽谱光源1发出的宽带光经单模光纤进入保偏环形器3的301端口，经过302端口进入保偏光纤光栅2，保偏光纤光栅2的反射光是快、慢轴光栅反射峰叠加形成的，该反射光再次从302端口进入保偏环形器3并从303端口出射，出射光经由保偏光纤进入保偏掺铒光纤放大器4进行光强放大；由快、慢两轴线偏光叠加形成的保偏光纤光栅2的反射光，通过电光调制器5设置方波调制信号实现两路线偏光的偏振方向的旋转；电光调制器5的射频端口电压由信号发生器6的601通道口输出的方波信号控制，进行时钟同步后，可以在方波信号的高、低电平状态下实现反射光中的两个偏振态的旋转，旋转后的两个偏振态的线偏光通过检偏器7后仅有一路线偏光输出；在一个的方波调制信号的高(或低)电平状态下，只有一路线偏光通过环形器8的801端口传输至802口，并经过单模光纤连接进入光纤F-P传感器14，信号光发生干涉以后携带着相位信息返回至802端口，从803端口输出后，被光电探测器9探测后进行光电转换，高速数据采集卡10采集后数据进入计算机11进行解调求解干涉相位信号变化。

所述保偏光纤光栅2的反射光中含有两个互相垂直的偏振态，它们的具体切换方式如图2所示：由于保偏光纤光栅快、慢轴的折射率不同，刻写在保偏光纤光栅上的反射光是由两个互相垂直偏振态的线偏振光叠加在一起的，两个线偏振光互相垂直且二者反射峰对应的中心波长分别是λ₁＝1534.6nm与λ₂＝1535.1nm；通过信号发生器6的601通道口输出的方波调制信号控制电光调制器5的射频端口的参考电压，使得两个正交的线性偏振态的偏振光传输相位特性产生差异，通过检偏器7后得到两个相互正交的线偏振信号光；

由于解调系统中传输的是脉冲光，为了更好地实现两路干涉信号的检测和采集，必须使它们在时序上统一起来，通过高速数据采集卡10的一个输出通道发出的外部时钟对信号发生器6和计算机11的数据采集单元进行时钟同步，可以实现在方波信号的每一个电平状态下对应一路偏振状态信号光的输出并在光纤F-P传感器14中进行振动信号传感，具体地，图2中保偏光纤快轴反射光(对应中心波长λ₁的脉冲信号光)仅在方波调制信号的低电平状态下通过检偏器7，而保偏光纤慢轴反射光(对应中心波长λ₂的脉冲信号光)仅在方波调制信号的高电平状态下通过检偏器7；

下面介绍一下结合椭圆拟合算法和微分交叉相乘算法实现对两路干涉信号光进行相位解调的原理：保偏光纤光栅2的快、慢轴的偏振光反射峰对应的中心波长分别是λ₁与λ₂，在方波调制信号的每个高、低电平状态下只有其中的一路线偏光能通过检偏器7进入光纤F-P传感器14中进行传感，光纤F-P传感器14干涉信号输出后经光电探测器9转换，采集到的电压值u₁与u₂分别为

u₁＝A₁+B₁cosφ

(1)

u₂＝A₂+B₂cosφ+C₂sinφ

将采集到的两路电压值u₁与u₂分别作为横坐标和纵坐标，利用最小二乘算法对这两组坐标进行椭圆拟合，椭圆拟合后得到的椭圆隐式方程的五个系数(椭圆的系数矢量为a＝[1,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅])，可以求解信号项的各项系数A₁,A₂,B₁,B₂,C₂。计算得到的对应的关系如下

A_{2} = \frac{2 a_{4} - a_{1} a_{2}}{a_{1}^{2} - 4 a_{2}}

A_{1} = \frac{- 2 a_{2} A_{2} - a_{4}}{a_{1}}

C_{2}^{2} = \frac{A_{1}^{2} + a_{1} A_{1} A_{2} + a_{2} A_{2}^{2} + a_{3} A_{1} + a_{4} A_{2} + a_{5}}{- a_{2}} - - - (2)

B_{1}^{2} = \frac{a_{2} C_{2}^{2}}{1 - \frac{a_{1}^{2}}{4 a_{2}}}

B_{2} = \frac{a_{1} B_{1}}{- 2 a_{2}}

椭圆拟合的参数可以对原始干涉信号中的直流成分A₁和A₂消除，直流量消除后的两路信号再经过微分交叉相乘算法(文献：张楠,孟洲,饶伟等.干涉型光纤水听器数字化外差检测方法动态范围上限研究[J].光学学报,2011,(08):84-90)解调出来的干涉信号为

φ_{s i g n a l} = &Integral; \frac{- \frac{d ((u_{2} - A_{2}) / B_{2})}{d t} \times (u_{1} - A_{1}) / B_{1} + \frac{d ((u_{1} - A_{1}) / B_{1})}{d t} \times (u_{2} - A_{2}) / B_{2}}{\sin (a c \tan (C_{2} / B_{2}))} d t - - - (3)

利用上述的基于偏振切换的光纤F-P传感器的振动信号解调系统和方法，两路信号光切换后进入光纤F-P传感器14对振动信号进行传感，固定在振动台上的光纤F-P传感器14的腔长会随着振动信号的变化而变化，腔长的周期变化会导致其干涉光的相位也发生相应的变化，实验测量的干涉信号相位变化如右图3所示，图中解调的相位信号周期与施加在振动台上的100Hz的正弦信号周期是完全一致的；

图3中的时域信号经过高频噪声滤除和频谱变换处理后得到的功率谱如图4所示，解调出的相位信号的在100Hz处的信噪比为-9.5dB(信噪比约为45dB)，同时从功率谱中可以看出，图5中的200Hz处出现了信号的倍频项，这是由于两路信号的信号串扰和传感器的谐振导致的。对该系统在连续50次测量工作频率在100Hz处的振动信号解调，测量结果发现，在100Hz测量频率下该振动信号传感的偏振切换解调系统的稳定性可达±1dB；

进一步地，对三种不同腔长的光纤F-P传感器14进行100Hz振动信号测试，三个腔长分别是120μm，500μm，780μm，测试结果显示，三种腔长的F-P传感器14对100Hz的测试振动信号的响应是一致的，充分验证振动信号解调与传感器腔长无关这一重要结论，本系统实现了不同腔长下的光纤F-P传感器14的振动信号的传感与解调。

以上所述的具体实施案例是对发明的目的、技术方案和有益效果的进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施案例而已，不仅限与本发明，凡是在本发明精神和原则之内所做的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明保护范围内。

Claims

1.一种基于偏振切换的光纤F-P传感器振动解调系统，其特征在于：该系统由宽谱光源(1)，保偏光纤光栅(2)，保偏环形器(3)，保偏掺铒光纤放大器(4)，电光调制器(5)，信号发生器(6)，检偏器(7)，环形器(8)，电光调制器(9)，高速数据采集卡(10)，计算机(11)，功率放大器(12)，振动台(13)和光纤F-P传感器(14)组成；由宽谱光源(1)发出的宽带光经单模光纤进入保偏环形器(3)的(301)端口，再从保偏环形器(3)的(302)端口输出进入保偏光纤光栅(2)，在保偏光纤光栅(2)处发生反射，形成波长不同、偏振态相互垂直的反射光，所述反射光再次从保偏环形器(3)的(302)端口进入保偏环形器(3)并从保偏环形器(3)的(303)端口出射，出射的反射光经由保偏光纤进入保偏掺铒光纤放大器(4)进行光强放大，放大后的反射光通过电光调制器(5)实现偏振态方向的旋转；所述电光调制器(5)的参考电压由信号发生器(6)的(601)通道输出方波信号控制，可以在一个方波信号的高、低电平状态下对反射光中的两个偏振态的方向实现旋转，旋转后的线偏振光经保偏光纤进入检偏器(7)，以保证仅有一个线偏光通过，进而实现两个不同波长、偏振态互相垂直的线偏光的切换；切换后的线偏光，再通过环形器(8)的(801)端口传输至(802)端口，并经过单模光纤进入光纤F-P传感器(14)，在光纤F-P传感器(14)内发生干涉以后携带着相位信息返回至环形器(8)的(802)端口，再从环形器(8)的(803)端口输出后，被光电探测器(9)探测后进行光电转换，光电转换后的信号被高速数据采集卡(10)采集后进入计算机(11)进行解调求解。

2.根据权利要求1所述基于偏振切换的光纤F-P传感器振动解调系统，其特征在于：所述的宽谱光源(1)工作于C波段，输出的光波长为(1528.77～1563.86)nm，功率为42.5mW。

3.根据权利要求1所述基于偏振切换的光纤F-P传感器振动解调系统，其特征在于：所述的保偏光纤光栅(2)通过相位掩膜法刻写在载氢处理后的熊猫型保偏光纤上，光栅类型为切趾型光栅，光栅的峰值反射率为94％。

4.根据权利要求1所述基于偏振切换的光纤F-P传感器振动解调系统，其特征在于：所述的保偏掺铒光纤放大器(4)可以将从保偏环形器(3)的(303)端口出射的信号光功率14.75μW放大至14.76mW，以保证该信号光强度可以满足后续系统传感要求。

5.根据权利要求1所述基于偏振切换的光纤F-P传感器振动解调系统，其特征在于：所述的电光调制器(5)采用法国Photline公司研制的PS-LN铌酸锂偏振旋转器，工作频带为1310/1550nm，最大偏振态切换频率可达150MHz。

6.根据权利要求1所述基于偏振切换的光纤F-P传感器振动解调系统，其特征在于：所述的光纤F-P传感器(14)是由两个直径均为125μm的单模光纤的纤芯端面插入一个内径为128μm的毛细玻璃套管中，在显微镜下制作的F-P传感器，所述传感器的腔长为500μm，腔长误差在1％以内，两端分别用胶水密封固定，传感器的光路连接端被粘贴在振动台(13)上用于对振动信号传感。

7.一种采用权利要求1所述系统的振动信号解调方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

第一步，根据权利要求1所述连接好系统的各组成部件，并依次打开宽谱光源(1)、信号发生器(6)、保偏掺铒光纤放大器(4)、电光调制器(5)、功率放大器(12)、光电探测器(9)和高速数据采集卡(10)以及计算机(11)；

第二步，利用所述信号发生器(6)的(601)通道输出方波信号，所述方波信号的参数设置为：高电平U_up＝3.0V，低电平U_low＝-2.7V，调制频率为10kHz，用于实现反射光中两个垂直偏振态旋转后通过检偏器(7)的切换输出：当信号发生器(6)的(601)通道输出的方波信号为高电平时，所述反射光通过检偏器(7)输出一个偏振态的信号光；当信号发生器(6)的(601)通道输出的方波信号为低电平时，所述反射光通过检偏器(7)输出另外一个偏振态的信号光；

第三步，将所述光纤F-P传感器(14)的光路连接端固定在振动台(13)的上表面，用于实现对振动信号的传感；

第四步，利用所述信号发生器(6)的(602)通道输出正弦信号，所述正弦信号的参数设置为：高电平U_up＝1.0V，低电平U_low＝-1.0V，频率为100Hz，用于调节功率放大器(12)的增益使得由其控制的振动台(13)产生幅度合适的振动信号；

第五步，对计算机(11)的数据采集单元及信号发生器(6)的(601)通道输出的方波信号进行时钟同步：通过高速数据采集卡(10)的一个输出通道发出的外部时钟对信号发生器(6)和计算机(11)的数据采集单元进行时钟同步，可以实现在信号发生器(6)的(601)通道输出的方波信号的每一个电平状态下对应一路偏振状态信号光的输出并在光纤F-P传感器(14)中进行振动信号传感；

第六步，光纤F-P传感器(14)对振动信号的传感及数据采集：通过计算机(11)设置高速数据采集卡(10)的采样率为50kHz，经第五步进行时钟同步后，在每个方波调制信号的电平状态下只有一路信号光进入光纤F-P传感器(14)产生一个干涉信号，所述干涉信号被光电探测器(9)检测并转换为电压值后被高速数据采集卡(10)采集；将每个方波调制信号对应的高电平或低电平状态下采集到的5个电压值分别进行平均计算得到该电平状态下的光强值，根据双波长原理，由方波调制信号的两个高、低电平状态下所采集到的两个光强值可以求解采样时刻的相位值；

7.2消除原始信号的直流成分并实现相位解调计算：通过7.1中椭圆拟合得到的五个系数计算初始信号中的直流成分并将其滤除，信号中的直流量补偿处理后的两路信号经过微分交叉相乘算法处理，求解出采样时间内光纤F-P传感器(14)输出的干涉相位的变化曲线，滤除该干涉相位信号中的高频噪声成分后进行频谱变换就得到振动信号测量的功率谱，分析测量得到的功率谱对应的峰值波长及其信噪比就可以实现该系统对振动信号的解调。