CN106017513A - 一种基于光学相干干涉的测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光学相干干涉的测量系统，包括半导体激光器、与所述半导体激光器连接的干涉系统、与所述干涉系统连接的待测光纤、与所述待测光纤连接的偏振分集光外差相干接收系统、与所述偏振分集光外差相干接收系统连接的光纤耦合器、与所述光纤耦合器连接的光电探测器、与所述光电探测器连接的信号处理单元以及与所述信号处理单元连接的辅助装置，基于光学相干干涉的测量系统采用偏振分集光外差相干接收系统，主要解决了两个问题，其一测量中的多次干涉问题，其二相干检测中的偏振衰落问题，从而提高了的检测灵敏度。

Description

一种基于光学相干干涉的测量系统
技术领域
本发明属于光学相干干涉技术领域，具体是涉及一种基于光学相干干涉的测量系统。
背景技术
光学干涉测量技术是以光波干涉原理为基础的一门技术，与一般的光学测量方法相比，因为干涉仪器是以干涉条纹来反映被测物理量，如位移、反射率、折射率、波长等的变化信息，所以光学干涉测量技术具有更高的灵敏度和精度，干涉法原理简单，构造容易，测量精度高，测量范围广，常用的干涉仪器有迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪，在激光出现以后，加之电子技术和计算机技术的发展，光学干涉技术得到了长远发展。
基于光学相干干涉技术的光纤检测技术引起了国内外的广泛关注，作为一种极其重要的测量和分析手段，它可被广泛应用于光纤链路的故障检测，桥梁、大坝、输油管道、电力线路等大尺度构件的健康状况监测，以及矿井、隧道、楼房等的塌方预警。
但是在实际光纤检测过程中基于光相干干涉检测时，测量中会出现多次干涉问题以及会出现光偏振衰落问题，另外在环境干扰较大的情况下，都会影响光相干干涉检测的精确度和灵敏度。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种基于光学相干干涉的测量系统，具有较高的精确度和灵敏度。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：一种基于光学相干干涉的测量系统，包括半导体激光器、与所述半导体激光器连接的干涉系统、与所述干涉系统连接的待测光纤、与所述待测光纤连接的偏振分集光外差相干接收系统、与所述偏振分集光外差相干接收系统连接的光纤耦合器、与所述光纤耦合器连接的光电探测器、与所述光电探测器连接的信号处理单元以及与所述信号处理单元连接的辅助装置，所述干涉系统包括与所述半导体激光器连接的迈克尔逊干涉仪、与所述迈克尔逊干涉仪连接的固定反射镜以及置于待测光纤一侧的参考反射镜，所述固定反射镜与待测光纤固定连接，所述偏振分集光外差相干接收系统包括声光移频器AOFS、保偏耦合器PMC、一组偏振分束器、一组平衡接收器、一组带通滤波器、求和电路和低通滤波器LPF，所述偏振分束器包括第一偏振分束器PBS1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，所述带通滤波器包括第一带通滤波器BPF1和第二带通滤波器BPF2，所述待测光纤和声光移频器AOFS分别连接至所述保偏耦合器PMC输入端，所述保偏耦合器PMC输出端分别连接至所述第一偏振分束器PBS1输入端和第二偏振分束器PBS2输入端，所述第一偏振分束器PBS1输出端连接所述第一平衡接收器输入端，所述第一平衡接收器输出端连接所述第一带通滤波器BPF1输入端，所述第二偏振分束器PBS2输出端连接所述第二平衡接收器输入端，所述第二平衡接收器输出端连接所述第二带通滤波器BPF2输入端，所述第一滤波器BPF1输出端和第二滤波器BPF2输出端分别连接至所述求和电路输入端，所述求和电路输出端连接至所述低通滤波器LPF输入端。
进一步地，包括电源系统，所述电源系统为本系统提供电源，提供电源是本专利提供的系统正常工作的基本条件。
进一步地，所述辅助装置包括报警装置、故障指示灯和显示装置。
进一步地，包括主时钟以及与所述主时钟连接的脉冲发生器，所述脉冲发生器与所述半导体激光器输入端连接。
进一步地，包括计数模块，所述计数模块包括接收电路、放大整形电路、计数器电路、显示模块和控制电路。
本发明与现有技术比较，具有的优点是：基于光学相干干涉的测量系统采用偏振分集光外差相干接收系统，主要解决了两个问题，其一测量中的多次干涉问题，其二相干检测中的偏振衰落问题，从而提高了的检测灵敏度。
附图说明
图1是本发明提出的基于光学相干干涉的测量系统总体结构示意图。
图2是基于光学相干干涉的测量系统的偏振分集光外差相干接收系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种基于光学相干干涉的测量系统，包括半导体激光器、与所述半导体激光器连接的干涉系统，与所述干涉系统连接的待测光纤，与所述待测光纤连接的偏振分集光外差相干接收系统，与所述偏振分集光外差相干接收系统连接的光纤耦合器，与所述光纤耦合器连接的光电探测器、与所述光电探测器连接的信号处理单元以及与所述信号处理单元连接的辅助装置，所述半导体激光器输入端连接脉冲发生器，所述脉冲发生器输入端连接主时钟，主时钟产生标准时钟信号给脉冲发生器，脉冲发生器根据该标准时钟信号产生符合要求的窄脉冲，并用该窄脉冲调制半导体激光器光源，半导体激光器发送光信号至光方向的干涉系统，所述干涉系统包括与所述半导体激光器连接的迈克尔逊干涉仪、与所述迈克尔逊干涉仪连接的固定反射镜以及置于待测光纤一侧的参考反射镜，所述固定反射镜与待测光纤固定连接，当固定反射镜随待测光纤移动时，两路光束的光程差就发生变化，干涉条纹也将发明暗交替变化，该干涉系统将光信号分成两束，其中一束光经过所述固定反射镜返回，其光程是固定的，称为固定光，另一束光则进入待测光纤，由于待测光纤存在折射率的微观不均匀性，会产生瑞利散射，后向散射光满足光纤数值孔径而注入端返回，称为信号光，如果传播长度满足光的相干条件，则信号光和参考光通过第二光纤耦合器进入到故障分析系统的光电探测器中并在光电探测器的光敏面上发生混频，光电探测器就会输出相应频率的光电流，从而得到沿待测光纤各处的散射衰减特性，同时可以通过测试频率的最大值推测出待测光纤的长度，沿待测光纤各处的散射衰减特性以及待测光纤的长度等测量数据最后经过与所述光电探测器连接的信号处理单元处理，信号处理单元处理后的信号发送到辅助装置中，辅助装置包括报警装置、故障指示灯和显示装置，报警装置和故障指示灯用于故障报警，显示装置用于显示检测数据信息和结果；
参照图2，所述偏振分集光外差相干接收系统包括声光移频器AOFS、保偏耦合器PMC、一组偏振分束器、一组平衡接收器、一组带通滤波器、求和电路和低通滤波器LPF，所述偏振分束器包括第一偏振分束器PBS1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，所述带通滤波器包括第一带通滤波器BPF1和第二带通滤波器BPF2，所述待测光纤和声光移频器AOFS分别连接至所述保偏耦合器PMC输入端，所述保偏耦合器PMC输出端分别连接至所述第一偏振分束器PBS1输入端和第二偏振分束器PBS2输入端，所述第一偏振分束器PBS1输出端连接所述第一平衡接收器输入端，所述第一平衡接收器输出端连接所述第一带通滤波器BPF1输入端，所述第二偏振分束器PBS2输出端连接所述第二平衡接收器输入端，所述第二平衡接收器输出端连接所述第二带通滤波器BPF2输入端，所述第一滤波器BPF1输出端和第二滤波器BPF2输出端分别连接至所述求和电路输入端，所述求和电路输出端连接至所述低通滤波器LPF输入端，声光移频器将参考光频偏移20MHz，从而实现光外差检测，克服多次干涉问题，并将偏移后的光信号和光纤信号光输入到保偏耦合器中，最后经过低通滤波器LPF输出，最后的低通滤波器LPF输出信号与信号的偏振态五官，表明该偏振分集光外差相干接收系统用于本专利提出的检测系统中时，该检测方式是与偏振无关的，从而克服偏振衰落的问题。
本专利提出的基于光学相干干涉的测量系统还包括计数模块，所述计数模块包括接收电路、放大整形电路和计数器电路，所述计数模块与所述信号处理单元连接，所述计数模块包括接收电路、放大整形电路、计数器电路、显示模块和控制电路，脉冲信号经过计数模块，所述接收电路主要任务是接收信号，然后输出电压信号，放大整形电路主要用于将电信号放大到一定程度后后面的电路才好正常运作，计数器电路是整个计数模块的核心部件，它用来接收脉冲信号经过内部触发器的运作输出二进制数，将计数器输出的二进制数译成的7段显示码信号触动数码管各端显示出所记脉冲个数的数字，控制电路用于对计数电路的工作产生置位与复位，最后通过显示模块可以观察到移动条纹数，通过干涉条纹变化的测量就可以测量被测物体。
本专利提出的基于光学相干干涉的测量系统还包括电源系统，所述电源系统为本系统提供电源。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于光学相干干涉的测量系统，其特征在于：包括半导体激光器、与所述半导体激光器连接的干涉系统、与所述干涉系统连接的待测光纤、与所述待测光纤连接的偏振分集光外差相干接收系统、与所述偏振分集光外差相干接收系统连接的光纤耦合器、与所述光纤耦合器连接的光电探测器、与所述光电探测器连接的信号处理单元以及与所述信号处理单元连接的辅助装置，所述干涉系统包括与所述半导体激光器连接的迈克尔逊干涉仪、与所述迈克尔逊干涉仪连接的固定反射镜以及置于待测光纤一侧的参考反射镜，所述固定反射镜与待测光纤固定连接，所述偏振分集光外差相干接收系统包括声光移频器AOFS、保偏耦合器PMC、一组偏振分束器、一组平衡接收器、一组带通滤波器、求和电路和低通滤波器LPF，所述偏振分束器包括第一偏振分束器PBS1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，所述带通滤波器包括第一带通滤波器BPF1和第二带通滤波器BPF2，所述待测光纤和声光移频器AOFS分别连接至所述保偏耦合器PMC输入端，所述保偏耦合器PMC输出端分别连接至所述第一偏振分束器PBS1输入端和第二偏振分束器PBS2输入端，所述第一偏振分束器PBS1输出端连接所述第一平衡接收器输入端，所述第一平衡接收器输出端连接所述第一带通滤波器BPF1输入端，所述第二偏振分束器PBS2输出端连接所述第二平衡接收器输入端，所述第二平衡接收器输出端连接所述第二带通滤波器BPF2输入端，所述第一滤波器BPF1输出端和第二滤波器BPF2输出端分别连接至所述求和电路输入端，所述求和电路输出端连接至所述低通滤波器LPF输入端。
2.根据权利要求1所述的基于光学相干干涉的测量系统，其特征在于：包括电源系统，所述电源系统为本系统提供电源。
3.根据权利要求1所述的基于光学相干干涉的测量系统，其特征在于：所述辅助装置包括报警装置、故障指示灯和显示装置。
4.根据权利要求1所述的基于光学相干干涉的测量系统，其特征在于：包括主时钟以及与所述主时钟连接的脉冲发生器，所述脉冲发生器与所述半导体激光器输入端连接。
5.根据权利要求1所述的基于光学相干干涉的测量系统，其特征在于：包括计数模块，所述计数模块包括接收电路、放大整形电路、计数器电路、显示模块和控制电路，所述计数模块与所述信号处理单元连接。
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