CN112129242A - 基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置和方法 - Google Patents

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CN112129242A CN202010825178.5A CN202010825178A CN112129242A CN 112129242 A CN112129242 A CN 112129242A CN 202010825178 A CN202010825178 A CN 202010825178A CN 112129242 A CN112129242 A CN 112129242A
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Abstract

本发明提出一种基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置和方法，属于光纤测量与传感领域。该发明包括两个结构相同的光电振荡器，其中一个为参考光电振荡器，另一个为测量光电振荡器。测量光电振荡器中待测光纤的扭转角度转换为测量光电振荡器产生的微波信号的相位变化；将两个光电振荡器产生的频率相同的微波信号鉴相，获得光纤扭转角度引起的微波信号的相位波动，形成光纤扭转角度的相位解调方式。此外，两个光电振荡器通过波分复用技术共用长光纤延时线，形成互参考结构，用于消除温度等外界因素对光纤扭转角度测量结果的影响。最终实现基于光电振荡器的温度不敏感的实时光纤扭转角度测量。

Description

基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置和方法
技术领域
本发明属于光纤测量与传感领域，具体涉及了一种基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置和方法。
背景技术
扭矩是表征桥梁、建筑、火车轨道等工程结构内部扭力及内部损坏程度的关键参数，扭矩传感器近年来吸引了众多研究者的兴趣。通过测量光纤扭转角度实现扭矩测量是一种典型的光纤扭矩传感方法。
传统的扭矩传感器主要分为以下两类：一是基于电学方法的扭矩传感器，此类传感器易受电噪声及温度的干扰；二是基于电磁感应现象的扭矩传感器，此类传感器体积庞大，且易受电磁干扰。光纤扭矩传感器具有结构紧凑、重量轻、测量灵敏度高、抗电磁干扰等优势被广泛应用于扭矩测量。目前，光纤扭转传感模块通常是光纤光栅如长周期光纤光栅、光纤布拉格光栅、相移光纤布拉格光栅和干涉仪如Mach-Zehnder、萨格纳克等。
基于上述方案的扭矩或光纤扭转角度的测量难以排除温度等外界因素对测量结果的影响，且信号解调速度不高，因而难以满足高精度的实时扭矩测量。因此，通过测量光纤扭转角度实现扭矩实时精确测量，并且降低或消除温度等环境因素对测量结果的影响是亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中难以排除温度等外界因素对测量结果的影响，且信号解调速度不高，因而难以满足高精度的实时扭矩测量的问题，提供了一种基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置和方法，有效克服温度等环境因素对光纤扭转角度测量结果的影响，提高实时光纤扭转角度测量系统的测量精度，且成本低，能用于需要测量扭转角度和方向的各种场合。
为实现上述发明目的，本发明基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置，包括参考光电振荡器、测量光电振荡器、微波鉴相模块和信号处理模块，其中：
参考光电振荡器，用于消除包括温度在内的外界因素对扭转角度测量结果的影响；
测量光电振荡器，用于与参考光电振荡器相比较得出光纤扭转角度；
微波鉴相模块，用于将来自参考光电振荡器的微波耦合模块1输入到微波鉴相模块的微波信号和测量光电振荡器的微波耦合模块2输入到微波鉴相模块的微波信号进行鉴相；
信号处理模块，用于获得微波鉴相模块中参考光电振荡器和测量光电振荡器这两个振荡器输出的微波信号的相位差，并通过公式计算获得光纤扭转角度；
本发明使用参考光电振荡器和测量光电振荡器，两个光电振荡器的初始振荡频率相同，且两个光电振荡器的初始环路延时相等，两个光电振荡器的频率差始终为零，温度等环境因素对两个光电振荡器的输出频率的影响相同，使测量结果不受温度等环境因素的影响。
所述参考光电振荡器包括激光器模块1、偏振控制模块1、偏振调制模块1、波分复用模块1、光纤延迟模块、波分复用模块2、光学滤波模块1、参考光延时模块、起偏器模块1、光电探测模块1、微波放大模块1、微波滤波模块1、微波耦合模块1，其中：
激光器模块1，用于产生波长为λ1的光；
偏振控制模块1，用于控制输入偏振控制模块1中线偏振光与偏振调制模块1主轴的夹角；
偏振调制模块1，用于使用微波信号调制波长为λ1的光；
波分复用模块1，用于将被微波信号调制的载波为λ1的光信号与被微波信号调制的载波为λ2的光信号合成一束光信号；
光纤延迟模块，用于给参考光电振荡器和测量光电振荡器提供能量储存介质；
波分复用模块2，用于将合成的光信号解复用，分成两路，一路进入光学滤波模块1，另一路进入测量光电振荡器中的光学滤波模块2；
光学滤波模块1，用于将来自波分复用模块2的光信号进行滤波处理；
参考光延时模块，用于匹配两个光电振荡器的初始环路延时，使得两个光电振荡器的初始环路延时相等；
起偏器模块1，用于将两个正交偏振方向为x和y的光信号结合起来；
光电探测模块1，用于将来自起偏器模块1的光信号转换为微波信号；
微波放大模块1，用于将来自光电探测模块1的微波信号放大；
微波滤波模块1，用于将来自微波放大模块1的微波信号进行滤波处理；
微波耦合模块1，用于将来自微波滤波模块1的微波信号分成两路，一路反馈回偏振调制模块1，另一路输出到微波鉴相模块；
所述测量光电振荡器包括微波光子移相器、波分复用模块1、波分复用模块2、微波放大模块2、微波滤波模块2、微波耦合模块2，其中：
微波光子移相器，用于测量微波信号的相位变化，获得光纤扭转角度；
波分复用模块1，用于将被微波信号调制的载波为λ2的光信号与被微波信号调制的载波
为λ1的光信号合成一束光信号；
波分复用模块2，用于将合成的光信号解复用，分成两路，一路进入光学滤波模块2，另
一路进入参考光电振荡器中的光学滤波模块1；
微波放大模块2，用于将来自光电探测模块2的微波信号放大；
微波滤波模块2，用于将来自微波放大模块2的微波信号进行滤波处理；
微波耦合模块2，用于将来自微波滤波模块2的微波信号分成两路，一路反馈回偏振调制
模块2，另一路输出到微波鉴相模块；
所述微波光子移相器包括激光器模块2、偏振控制模块2、偏振调制模块2、光纤延时模块、光学滤波模块2、光纤扭转角度传感模块、起偏器模块2、光电探测模块2，其中：
激光器模块2，用于产生波长为λ2的光；
偏振控制模块2，用于控制输入偏振控制模块2中线偏振光与偏振调制模块2主轴的夹角；
偏振调制模块2，用于将波长为λ2的光由微波信号调制；
光纤延迟模块，用于给参考光电振荡器和测量光电振荡器提供能量储存介质；
光学滤波模块2，用于将来自波分复用模块2的光信号进行滤波处理；
光纤扭转角度传感模块，用于感知光纤的扭转角度，将光纤的扭转角度反应为经过光纤的线偏振光的偏振角度的变化；
起偏器模块2，用于将两个正交偏振方向为x和y的光信号结合起来；
光电探测模块2，用于将来自起偏器模块2的光信号转换为微波信号；
所述光纤扭转角度传感模块包括固定端、旋转端，所述固定端设置有固定夹具，所述旋转端设置有旋转夹具，所述旋转夹具旋转时，光纤以轴心线为中心旋转；
进一步的，光纤扭转角度传感模块的传感部件使用单模光纤，降低成本、提高测量速度和测量精度。
本发明还提供基于光电振荡器的光纤扭转角度测量的方法，包括：
A.在参考光电振荡器中，激光器模块1产生波长为λ1的光，经偏振控制模块1控制，控制输入偏振控制模块1中的线偏振光与偏振调制模块1主轴的夹角，然后输入偏振调制模块1，波长为λ1的光在偏振调制模块1被微波信号调制；经微波信号调制后的光通过波分复用模块1，测量光电振荡器中的偏振调制模块2包括载波为λ2的光信号，波分复用模块1将被微波信号调制的载波为λ1的光信号与上述载波为λ2的光信号合成一束光信号，然后输入光纤延迟模块中；经波分复用模块2将波分复用模块1合成的光信号解复用后输入光学滤波模块1；经滤波后的光信号输入参考光延时模块，然后起偏器模块1将两个正交偏振方向为x和y的光信号结合起来并由光电探测模块1探测，光电探测模块1将光信号转换为微波信号；微波信号经微波放大模块1放大后由微波滤波模块1滤波，滤波后的微波信号被微波耦合模块1分成两路，一路反馈回偏振调制模块1，另一路输出到微波鉴相模块；最终形成参考光电振荡器的光电反馈环路；
B.在测量光电振荡器中，激光器模块2产生波长为λ2的光，经偏振控制模块2控制，控制输入偏振控制模块2中的线偏振光与偏振调制模块主轴的夹角，然后波长为λ2的光在偏振调制模块2被微波信号调制后，在波分复用模块1中波与A步骤中的被微波信号调制的载波为λ1的光信号合成一束光信号，然后输入光纤延迟模块中；后经波分复用模块2将波分复用模块1合成的光信号解复用后输入光学滤波模块2；光学滤波模块2只保留输入光信号的载波信号和其中一个一阶边带，实现单边带调制；经滤波后的光信号输入光纤扭转角度传感模块，然后起偏器模块2将两个正交偏振方向为x和y的光信号结合起来并由光电探测模块2探测，光电探测模块2将光信号转换为微波信号；微波信号经微波放大模块2放大后由微波滤波模块2滤波，滤波后的微波信号被微波耦合模块2分成两路，一路反馈回偏振调制模块2，另一路输出到微波鉴相模块；最终形成测量光电振荡器的光电反馈环路；
C.参考光电振荡器中的微波耦合模块1的输出微波信号与测量光电振荡器中的微波耦合模块2的输出微波信号同时输入微波鉴相模块进行鉴相。微波鉴相模块输出的鉴相结果输入信号处理模块中，最终解调出光纤扭转角度传感模块中的光纤扭转角度。
当与偏振调制模块2主轴夹角为45度的线偏振光输入偏振调制模块2后，偏振调制模块2的输出光场为
Figure BDA0002635956940000041
其中Ex表示光学滤波模块2的输出光场中x偏振方向垂直的光场强度和Ey表示光学滤波模块2的输出光场中y方向垂直的光场强度；j表示虚数；ω0表示光载波的角频率，ωm表示微波信号的角频率；γ表示相位调制深度；t表示时间；φ表示Ex与Ey的相位差，由输入调制模块2的直流偏置控制。
光学滤波模块2的输出光场为
Figure BDA0002635956940000042
其中Ex表示光学滤波模块2的输出光场中x偏振方向垂直的光场强度和Ey表示光学滤波模块2的输出光场中y方向垂直的光场强度；j表示虚数；ω0表示光载波的角频率，来自偏振调制模块，ωm表示微波信号的角频率，来自测量光电振荡器；Jn(γ)表示n阶第一类贝塞尔函数；t表示时间；φ表示Ex与Ey的相位差，来自偏振控制模块2；γ表示相位调制深度，来自偏振调制模块2。
假设输入光纤扭转角度传感模块中光纤的光信号偏振角度为
Figure BDA0002635956940000043
强度为Ei，光纤扭转角度传感模块的输入光场为
Figure BDA0002635956940000044
假设光纤扭转角度为θ，光纤扭转角度传感模块中光纤输入光场表示为
Figure BDA0002635956940000051
输出光纤扭转角度传感模块中光纤的光信号偏振角度
Figure BDA0002635956940000052
其中δC表示圆偏振迟滞；A表示光纤圆双折射率与光纤扭转角关系，约为常数0.13-0.16；
Figure BDA0002635956940000053
表示光学滤波模块2的输出光场中x和y偏振方向垂直的光场强度的相位差。
光电探测模块2的输出电压为
Figure BDA0002635956940000054
当φ＝π2时，光电探测模块2的输出电压为
Figure BDA0002635956940000055
其中-(2-A)表示光纤扭转角度传感模块中光纤扭转角度与测量光电振荡器的输出微波信号的相位线性相关的相关系数，Ex表示光学滤波模块2的输出光场中x偏振方向垂直的光场强度，Ey表示光学滤波模块2的输出光场中y偏振方向垂直的光场强度；ωm表示微波信号的角频率；Jn(γ)表示n阶第一类贝塞尔函数；t表示时间；φ表示Ex与Ey的相位差；γ表示相位调制深度，由上述公式可求出光纤扭转角度θ。
上述偏振调制模块2的输出光场是光学滤波模块2的输入光场，光学滤波模块2的输出光场是光线扭矩角度模块的输入光场，由光线扭矩角度模块的输出光场可得出光电探测模块2的输出电压，由光电探测模块2的输出电压可求出光纤扭转角度θ。
本发明两个光电振荡器通过波分复用技术共用长光纤延时线，形成互参考结构，用于消除温度等外界因素对光纤扭转角度测量结构的影响，最终实现基于光电振荡器的温度不敏感的实时光纤扭转角度测量。
进一步的，步骤A和步骤B中参考光电振荡器与测量光电振荡器的结构相同。其中，上述两个光电振荡器的反馈环路长度相同，且光纤延迟模块由上述两个光电振荡器共用；参考光延时模块的延时与光纤扭转角度传感模块的延时相同；微波滤波模块1与微波滤波模块2均为带通微波滤波器，且其中心频率、3dB带宽等关键指标相同。由于两个光电振荡器的结构相同，两个光电振荡器的初始振荡频率相同，消除包括温度在内的外界因素对扭转角度测量结果的影响。
进一步的，步骤C中微波鉴相模块输出的鉴相信号只受光纤扭转角度传感模块中光纤扭转角度变化的影响。且信号处理模块使用电子技术解调，提高了解调速度。
本发明基于波分复用技术实现了参考与测量光电振荡器的互参考结构，由于互参考结构，消除了温度等外界因素对光纤扭转角度测量结果的影响。采用光电振荡器产生的低相噪高频微波信号实现光纤扭转角度测量，提高了测量灵敏度。通过两个光电振荡器的微波信号相位差作为光纤扭转角度解调量，提高了测量速度。最终实现基于光电振荡器的温度不敏感的实时光纤扭转角度测量。
附图说明
图1是光纤扭转角度测量装置的原理图；
图2是光纤扭转角度传感模块的示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
图1是本发明基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置的原理图。如图1所示，本发明包括参考光电振荡器、测量光电振荡器、微波鉴相模块和信号处理模块；所述参考光电振荡器包括激光器模块1、偏振控制模块1、偏振调制模块1、波分复用模块1、光纤延迟模块、波分复用模块2、光学滤波模块1、参考光延时模块、起偏器模块1、光电探测模块1、微波放大模块1、微波滤波模块1、微波耦合模块1；所述测量光电振荡器包括微波光子移相器、波分复用模块1、波分复用模块2、微波放大模块2、微波滤波模块2、微波耦合模块2；所述微波光子移相器包括激光器模块2、偏振控制模块2、偏振调制模块2、光纤延时模块、光学滤波模块2、光纤扭转角度传感模块、起偏器模块2、光电探测模块2；所述光纤扭转角度传感模块包括单模光纤、固定端、旋转端。
本实施例中，激光器模块1将产生的光传入偏振控制模块1，经偏振调制模块1依次传输到波分复用模块1、光纤延迟模块和波分复用模块2，光学滤波模块1将波分复用模块2中的光进行滤波处理传入参考光延时模块和起偏器模块1，光电探测模块1将起偏器模块1的光信号转换为微波信号后传入微波放大模块1、微波滤波模块1、微波耦合模块1，上述激光器模块1选用镭志威光电激光器，上述偏振控制模块1选用低插损、低功耗的美国Agiltron公司NOPC-11系列高速偏振控制器，上述偏振调制模块1选用美国Versawave公司的50GHz偏振调制器，上述波分复用模块1选用CWDM波分复用器，上述光纤延迟模块为数公里长的普通单模光纤，参考光延时模块选用四川超光通信有限公司的高精度亚飞秒光延迟线，上述光学滤波模块1选用光学带通滤波器，上述起偏器模块1选用高消光比、低附加损耗的1550nm在线起偏器，上述光电探测模块1选用20GHz光电探测器，上述微波放大模块1选用射频/微波宽带低噪声放大器，上述微波滤波模块1选用微波带通滤波器，上述微波耦合模块1选用微波RF0.2-18GHz3dB微波/射频耦合器。
本实施例中，激光器模块2将产生的光传入偏振控制模块2，经偏振调制模块2依次传输到波分复用模块1、光纤延迟模块和波分复用模块2，光学滤波模块2将波分复用模块2中的光进行滤波处理传入光纤扭转角度传感模块和起偏器模块2，光电探测模块2将起偏器模块2的光信号转换为微波信号后传入微波放大模块2、微波滤波模块2、微波耦合模块2，上述激光器模块2选用镭志威光电激光器，上述偏振控制模块2选用低插损、低功耗的美国Agiltron公司NOPC-11系列高速偏振控制器，上述偏振调制模块2选用美国Versawave公司的50GHz偏振调制器，上述波分复用模块2选用CWDM波分复用器，上述光纤延迟模块为数公里长的普通单模光纤，上述光学滤波模块1选用光学带通滤波器，上述起偏器模块2选用高消光比、低附加损耗的1550nm在线起偏器，上述光电探测模块2选用20GHz光电探测器，上述微波放大模块2选用射频/微波宽带低噪声放大器，上述微波滤波模块2选用微波带通滤波器，上述微波耦合模块2选用微波RF0.2-18GHz3dB微波/射频耦合器。
本实施例中，参考光电振荡器和测量光电振荡器与微波鉴相模块相连，微波鉴相模块将鉴相结果传入信号处理模块，信号处理模块进行信号处理，上述微波鉴相模块选用宽带双平衡混频器，上述信号处理模块选用DSP数字信号处理器。
本发明还提供基于光电振荡器的光纤扭转角度测量的方法，包括：
A.在参考光电振荡器中，激光器模块1产生波长为λ1的光，经偏振控制模块1输入偏振调制模块1，波长为λ1的光在偏振调制模块1被微波信号调制；经微波信号调制后的光通过波分复用模块1输入光纤延迟模块中，然后经波分复用模块2解复用并输入光学滤波模块1；经滤波后的光信号依次输入参考光延时模块和起偏器模块1，并由光电探测模块1探测，光电探测模块1将光信号转换为微波信号；微波信号经微波放大模块1放大，微波滤波模块1滤波，并通过微波耦合模块1反馈回偏振调制模块1；最终形成参考光电振荡器的光电反馈环路；
B.在测量光电振荡器中，激光器模块2产生波长为λ2的光，经偏振控制模块2输入偏振调制模块2，波长为λ2的光在偏振调制模块2被微波信号调制；经微波信号调制后的光通过波分复用模块1输入光纤延迟模块中，然后经波分复用模块2解复用并输入光学滤波模块2；光学滤波模块2只保留输入光信号的载波信号和其中一个一阶边带，实现单边带调制；经滤波后的光信号依次输入光纤扭转角度传感模块和起偏器模块2，并由光电探测模块2探测，光电探测模块2将光信号转换为微波信号；微波信号经微波放大模块2放大，微波滤波模块2滤波，并通过微波耦合模块2反馈回偏振调制模块2；最终形成测量光电振荡器的光电反馈环路；
C.参考光电振荡器的输出微波信号与测量光电振荡器的输出微波信号同时输入微波鉴相模块进行鉴相。微波鉴相模块输出的两个光电振荡器的相位差输入信号处理模块中，并通过公式计算获得光纤扭转角度最终解调处光纤扭转角度传感模块中的光纤扭转角度。
图2是本发明光纤扭转角度传感模块的示意图。如图2所示，本实施例中，包含单模光纤、固定端和旋转端，所述固定端设置有固定夹具，所述旋转端设置有旋转夹具，传感光纤一端由固定夹具固定，另一端由旋转夹具固定。旋转夹具旋转时，光纤以轴心线为中心旋转。

Claims (9)

1.基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置，其特征在于：包括参考光电振荡器、测量光电振荡器、微波鉴相模块和信号处理模块，所述参考光电振荡器的输出微波信号与测量光电振荡器的输出微波信号同时输入微波鉴相模块，微波鉴相模块输出的鉴相结果输入信号处理模块。
2.根据权利要求1所述基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置，其特征在于：所述参考光电振荡器包括激光器模块1、偏振控制模块1、偏振调制模块1、波分复用模块1、光纤延迟模块、波分复用模块2、光学滤波模块1、参考光延时模块、起偏器模块1、光电探测模块1、微波放大模块1、微波滤波模块1、微波耦合模块1，所述激光器模块1产生波长为λ1的光，经偏振控制模块1输入偏振调制模块1，偏振调制模块1将波长为λ1的光进行调制，通过波分复用模块1输入到光纤延迟模块，然后经波分复用模块2解复用后输入光学滤波模块1，光学滤波模块1滤波后依次输入参考光延时模块和起偏器模块1，并由光电探测模块1探测后输入微波放大模块1，所述微波放大模块1放大微波信号后传入微波滤波模块1，微波滤波模块1进行滤波处理通过微波耦合模块1，微波耦合模块1将来自微波滤波模块1的微波信号分成两路，一路反馈回偏振调制模块1，另一路输出到所述微波鉴相模块。
3.根据权利要求1所述的基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置，其特征在于：所述测量光电振荡器包括微波光子移相器、波分复用模块1、波分复用模块2、微波放大模块2、微波滤波模块2、微波耦合模块2，所述微波光子移相器还包括激光器模块2、偏振控制模块2、偏振调制模块2、光纤延时模块、光学滤波模块2、光纤扭转角度传感模块、起偏器模块2、光电探测模块2，所述激光器模块2产生波长为λ2的光，经偏振控制模块2输入偏振调制模块2，波长为λ2的光在偏振调制模块2被微波信号调制；经微波信号调制后的光通过波分复用模块1输入光纤延迟模块中，然后经波分复用模块2解复用并输入光学滤波模块2，经滤波后的光信号依次输入光纤扭转角度传感模块和起偏器模块2，并由光电探测模块2探测后依次传入微波放大模块2和微波滤波模块2，微波滤波模块2滤波后传入微波耦合模块2并将滤波后的微波信号一路反馈回偏振调制模块2，另一路输出到所述微波鉴相模块。
4.根据权利要求3所述的基于光电振荡器的光纤扭转角度测量装置，其特征在于：所述光纤扭转角度传感模块包括固定端、旋转端，固定端设置有固定夹具，旋转端设置有旋转夹具，旋转夹具旋转时，光纤以轴心线为中心旋转。
5.基于光电振荡器的光纤扭转角度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.在参考光电振荡器中，激光器模块1产生波长为λ1的光，经偏振控制模块1控制，控制输入偏振控制模块1中的线偏振光与偏振调制模块1主轴的夹角，然后输入偏振调制模块1，波长为λ1的光在偏振调制模块1被微波信号调制；经微波信号调制后的光通过波分复用模块1，测量光电振荡器中的偏振调制模块2包括载波为λ2的光信号，波分复用模块1将被微波信号调制的载波为λ1的光信号与上述载波为λ2的光信号合成一束光信号，然后输入光纤延迟模块中；经波分复用模块2将波分复用模块1合成的光信号解复用后输入光学滤波模块1；经滤波后的光信号输入参考光延时模块，然后起偏器模块1将两个正交偏振方向为x和y的光信号结合起来并由光电探测模块1探测，光电探测模块1将光信号转换为微波信号；微波信号经微波放大模块1放大后由微波滤波模块1滤波，滤波后的微波信号被微波耦合模块1分成两路，一路反馈回偏振调制模块1，另一路输出到微波鉴相模块；最终形成参考光电振荡器的光电反馈环路；
B.在测量光电振荡器中，激光器模块2产生波长为λ2的光，经偏振控制模块2控制，控制输入偏振控制模块2中的线偏振光与偏振调制模块主轴的夹角，然后波长为λ2的光在偏振调制模块2被微波信号调制后，在波分复用模块1中与A步骤中的被微波信号调制的载波为λ1的光信号合成一束光信号，然后输入光纤延迟模块中；后经波分复用模块2将波分复用模块1合成的光信号解复用后输入光学滤波模块2；光学滤波模块2只保留输入光信号的载波信号和其中一个一阶边带，实现单边带调制；经滤波后的光信号输入光纤扭转角度传感模块，然后起偏器模块2将两个正交偏振方向为x和y的光信号结合起来并由光电探测模块2探测，光电探测模块2将光信号转换为微波信号；微波信号经微波放大模块2放大后由微波滤波模块2滤波，滤波后的微波信号被微波耦合模块2分成两路，一路反馈回偏振调制模块2，另一路输出到微波鉴相模块；最终形成测量光电振荡器的光电反馈环路；
C.参考光电振荡器中的微波耦合模块1输出微波信号与测量光电振荡器中的微波耦合模块2输出微波信号同时输入微波鉴相模块进行鉴相，微波鉴相模块输出的鉴相结果输入信号处理模块中，最终解调出光纤扭转角度传感模块中的光纤扭转角度。
6.根据权利要求5所述的基于光电振荡器的光纤扭转角度测量方法，其特征在于：在步骤B中，还包括：当与偏振调制模块2主轴夹角为45度的线偏振光输入偏振调制模块2后，偏振调制模块2的输出光场为
Figure FDA0002635956930000021
其中Ex表示光学滤波模块2的输出光场中x偏振方向垂直的光场强度和Ey表示光学滤波模块2的输出光场中y方向垂直的光场强度；j表示虚数；ω0表示光载波的角频率，ωm表示微波信号的角频率；γ表示相位调制深度；t表示时间；φ表示Ex与Ey的相位差，由输入调制模块2的直流偏置控制。
7.根据权利要求5所述的基于光电振荡器的光纤扭转角度测量方法，其特征在于：在步骤B中，还包括：光学滤波模块2的输出光场为
Figure FDA0002635956930000031
其中Ex表示光学滤波模块2的输出光场中x偏振方向垂直的光场强度，Ey表示光学滤波模块2的输出光场中y偏振方向垂直的光场强度；j表示虚数；ω0表示光载波的角频率，ωm表示微波信号的角频率；Jn(γ)表示n阶第一类贝塞尔函数；t表示时间；φ表示Ex与Ey的相位差；γ表示相位调制深度。
8.根据权利要求5所述的基于光电振荡器的光纤扭转角度测量方法，其特征在于：在步骤B中，还包括：假设输入光纤扭转角度传感模块中光纤的光信号偏振角度为
Figure FDA0002635956930000035
强度为Ei，光纤扭转角度传感模块的输入光场为
Figure FDA0002635956930000032
假设光纤扭转角度为θ，光纤扭转角度传感模块中光纤输入光场表示为
Figure FDA0002635956930000033
输出光纤扭转角度传感模块中光纤的光信号偏振角度
Figure FDA0002635956930000037
其中δC表示圆偏振迟滞；A表示光纤圆双折射率与光纤扭转角关系；
Figure FDA0002635956930000036
表示光学滤波模块2的输出光场中x和y偏振方向垂直的光场强度的相位差。
9.根据权利要求5或7所述的基于光电振荡器的光纤扭转角度测量方法，其特征在于：光电探测模块2的输出电压为
Figure FDA0002635956930000034
当φ＝π/2时，光电探测模块2的输出电压为
Figure FDA0002635956930000038
其中-(2-A)表示光纤扭转角度传感模块中光纤扭转角度与测量光电振荡器的输出微波信号的相位线性相关的相关系数，Ex表示光学滤波模块2的输出光场中x偏振方向垂直的光场强度，Ey表示光学滤波模块2的输出光场中y偏振方向垂直的光场强度；ωm表示微波信号的角频率；Jn(γ)表示n阶第一类贝塞尔函数；t表示时间；φ表示Ex与Ey的相位差；γ表示相位调制深度，由此根据光电探测模块2的输出电压可求出光纤扭转角度θ。
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