CN114353931A - 一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置及方法，所述方法包括以下步骤：S1、通过强度调制器、声光移频器和光纤延时线对激光器发出的光进行处理，生成由不同频率光脉冲组成的光脉冲序列；S2、通过非平衡光纤干涉仪获取干涉光脉冲序列；S3、通过光电转换器将干涉光脉冲序列转化为电信号，并进行数字采样以获取采样数字信号；S4、利用信号处理系统对采样数字信号进行解时分处理，获取对应的数字信号；S5、消除数字信号的直流量获取正交相位信号CR和SR；S6、对正交相位信号CR和SR进行解调，从而得到被测相位信息。本发明在兼具大动态范围优势的同时，大大简化了传统3×3多相检测方法所需的复杂硬件结构。

Description

一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置及方法。

背景技术

光纤水听器是以光纤为传感和传输介质的新型水声传感器，基于光学相干检测原理探测水下声场信息。它将先进光电检测机理和光纤通信机制引入水声探测技术，经过多年的技术研究和应用验证，已展示出了水声信号的优异检测性能和传输距离远、阵列规模大、可靠性高、环境适应性好等优点，是国内外新一代声呐装备发展的重要方向。

动态范围是光纤水听器系统应用中的重要指标，特别是在主动声呐中，需要对大幅度的主动声源信号和微弱回波信号进行同步检测，以提高目标探测能力。光纤水听器是一种干涉型光纤传感器，系统要实现大动态范围性能，主要难点在相干信号检测方法。目前光纤水听器的相干信号检测方法主要有PGC、外差、3×3多相检测三种，在相同的采样频率等条件下，3×3多相检测技术具有最大的动态范围，但其传输光纤、光电转换、AD采集等硬件开销是其它检测方法的两到三倍，不利于大规模阵列应用。为此，需要一种动态范围大而硬件开销小的信号检测方法及检测装置为光纤水听器系统应用提供技术支持。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺点和不足，提供一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置及方法，为干涉型光纤传感器的大动态信号检测提供一种有效的技术方案。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将激光器发出的光分别通过强度调制器进行强度调制以及通过第一声光移频器、第一光纤延时线、第二声光移频器和第二光纤延时线进行频率调制，进而生成一个由频率分别为ν₁、ν₂和ν₃的三个光脉冲组成的光脉冲序列；

S2、将步骤S1中所生成的光脉冲序列输入非平衡光纤干涉仪中以获得对应干涉光脉冲序列；

S3、将所述干涉光脉冲序列输入光电转换器中并转化为对应的电信号，然后以固定采样频率进行数字采样，得到对应的采样数字信号；

S4、将步骤S3中的采样数字信号输入信号处理系统进行解时分处理，得到频率为ν₁、ν₂和ν₃的光脉冲所对应的三组数字信号V₁、V₂和V₃；

S5、消除步骤S4中三组数字信号V₁、V₂和V₃的信号幅值和直流量，进而获取对应的正交相位信号CR和SR；

S6、将步骤S5中获取的正交相位信号CR和SR进行解调，从而得到被测相位信息。

优选地，所述步骤S1具体实现方式为：

S11、将激光器的输出光波输入强度调制器中进行强度调制进而产生光脉冲，其中，所述光脉冲重复时间周期为3T；

S12、通过光纤分束器将所产生的光脉冲分成三路，第一路直接输入光纤合束器中，且第一路光脉冲频率设为ν₀；第二路经过调制频率为Δν的第一声光移频器和长度为L的第一光纤延时线处理后再输入光纤合束器中，则第二路光脉冲频率为ν₀+Δν，第二路光脉冲延时为T；第三路经调制频率为2Δν的第二声光移频器和长度为2L的第二光纤延时线处理后输入光纤合束器，则第三路光脉冲频率为ν₀+2Δν，第三路光脉冲延时为2T；

S13、通过光纤合束器将步骤S12中所得到的三路光脉冲合束，进而生成一个由频率分别为ν₁＝ν₀、ν₂＝ν₀+Δν和ν₃＝ν₀+2Δν的三个光脉冲组成的光脉冲序列。

优选地，所述干涉光脉冲序列中相邻干涉光脉冲之间的相位差用公式表示为：

式(1)中，

表示相邻干涉光脉冲之间的相位差，l表示非平衡光纤干涉仪的信号臂和参考臂之间的臂差，n表示光纤纤芯的折射率，c表示真空中的光速。

优选地，所述步骤S3中的固定采样频率为f_sp＝1/Τ。

优选地，所述步骤S4中的频率为ν₁、ν₂和ν₃的光脉冲所对应的三组数字信号V₁、V₂和V₃用公式表示为：

式(2)、(3)和(4)中，其中A₁、A₂、A₃分别表示第一个光脉冲干涉信号、第二个光脉冲干涉信号和第三个光脉冲干涉信号的直流分量幅值，k表示非平衡光纤干涉仪的相干度，

表示传感光纤所传感的待测相位，

表示非平衡光纤干涉仪初始相位，τ＝2nl/c表示非平衡光纤干涉仪信号臂和参考臂之间的时延。

优选地，所述步骤S6中利用微分交叉相乘算法或反正切解调算法对正交相位信号CR和SR进行解调，从而得到被测相位信息。

本发明还提供了一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置，采用上述所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法进行相位检测，包括激光器、强度调制器、光纤分束器、第一声光移频器、第一光纤延时线、第二声光移频器、第二光纤延时线、光纤合束器、非平衡光纤干涉仪、光电转换器和信号处理系统，其中：

激光器，用于发出光波，并将发出的光波输入强度调制器中；

强度调制器，用于调制输出光波的强度以产生对应光脉冲，并将产生的光脉冲输入光纤分束器中；

光纤分束器，用于将输入的光脉冲分成三路，第一路通过光纤直接输入光纤合束器中；第二路通过第一声光移频器和第一光纤延时线处理后输入光纤合束器中；第三路通过第二声光移频器和第二光纤延时线处理后输入光纤合束器中，其中第二声光移频器的调制频率是第一声光移频器的调制频率的两倍，第二光纤延时线的长度是第一光纤延时线的长度的两倍；

光纤合束器，用于将光纤分束器输出的三路光脉冲进行合成以产生一个由三个不同光波频率光脉冲组成的光脉冲序列，并将光脉冲序列输入非平衡光纤干涉仪中；

非平衡光纤干涉仪，用于将输入的光脉冲序列进行干涉以生成对应的干涉光脉冲序列，并将干涉光脉冲序列输入光电转换器中；

光电转换器，用于将输入的干涉光脉冲序列进行光电转换，并以固定采样频率进行数字采样以得到对应的采样数字信号，然后将采样数字信号输入信号处理系统中；

信号处理系统，用于将输入的采样数字信号进行处理，进而得到被测相位信息。

优选地，所述激光器为窄线宽激光器，强度调制器为声光调制器、电光开光或电光强度调制器中的一种。

优选地，所述第一声光移频器和第二声光移频器用于实现输入光脉冲的移频，第一光纤延时线用于对第一声光移频器输出的光脉冲产生延时，第二光纤延时线用于对第二声光移频器输出的光脉冲产生延时。

优选地，所述光电转换器为光电信号转换装置，其包括光电探测器、前置放大器和模数转换器，用于将非平衡干涉光纤仪输出的干涉光脉冲序列信号转换为对应的电信号，并通过固定采样频率对电信号进行数字采样，得到对应的采样数字信号。

与现有技术比较，本发明具有如下有益技术效果：

(1)本发明通过采用光频调制技术与非平衡干涉仪结构相结合的方式，将频率差转化为相位差，从而获得了与3×3多相检测法相同的三路相位偏置的检测信号，可实现非平衡光纤干涉仪干涉相位的多相检测；

(2)本发明通过采用强度调制器和光纤延时线的方式产生光脉冲序列，只需一路光电转换器即可实现三路多相检测信号的时分复用，相比于传统的3×3多相检测方法，可大大减小硬件系统开销，因此可方便的与时分复用技术结合，应用于大规模光纤传感器阵列系统信号检测；

(3)本发明基于光频调制实现非平衡光纤干涉仪的多相相位检测，与传统3×3多相检测法相同，工作频带只受限于数字系统采样频率，具有动态范围大的优势，可适用于大动态干涉型光纤传感系统的应用需求。

附图说明

图1是本发明一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法的流程图，

图2是本发明中获取光脉冲序列的方法流程图，

图3是本发明一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置的结构框图。

图中，1.激光器，2.强度调制器，3.光纤分束器，4.第一声光移频器，5第一光纤延时线，6.第二声光移频器，7.第二光纤延时线，8.光纤合束器，9.非平衡光纤干涉仪，10.光电转换器，11.信号处理系统。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图3所示，一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将激光器发出的光分别通过强度调制器进行强度调制以及通过第一声光移频器、第一光纤延时线、第二声光移频器和第二光纤延时线进行频率调制，进而生成一个由频率分别为ν₁、ν₂和ν₃的三个光脉冲组成的光脉冲序列，具体包括：

S11、将激光器的输出光波输入强度调制器中进行强度调制以产生光脉冲，其中，所述光脉冲重复时间周期为3T；

S12、通过光纤分束器将所产生的光脉冲分成三路，第一路直接输入光纤合束器中，且第一路光脉冲频率设为ν₀；第二路经过调制频率为Δν的第一声光移频器和长度为L的第一光纤延时线处理后再输入光纤合束器中，则第二路光脉冲频率为ν₀+Δν，第二路光脉冲延时为T；第三路经调制频率为2Δν的第二声光移频器和长度为2L的第二光纤延时线处理后输入光纤合束器，则第三路光脉冲频率为ν₀+2Δν，第三路光脉冲延时为2T；

S13、通过光纤合束器将步骤S12中所得到的三路光脉冲合束，进而生成一个由频率分别为ν₁＝ν₀、ν₂＝ν₀+Δν和ν₃＝ν₀+2Δν的三个光脉冲组成的光脉冲序列，即该光脉冲序列按光波频率ν₁、ν₂和ν₃以3T时间周期进行重复；

S2、将步骤S1中所生成的光脉冲序列输入非平衡光纤干涉仪中以获得对应干涉光脉冲序列，即通过非平衡光纤干涉仪将光脉冲序列的频率差转换为干涉光脉冲的相位差，相邻干涉光脉冲之间的相位差用公式表示为：

式(1)中，

表示相邻干涉光脉冲之间的相位差，l表示非平衡光纤干涉仪的信号臂和参考臂之间的臂差，n表示光纤纤芯的折射率，c表示真空中的光速；

S3、将所述干涉光脉冲序列输入光电转换器中并转化为对应的电信号，然后以固定采样频率进行数字采样，得到对应的采样数字信号，其中，所述固定采样频率为f_sp＝c/nL；

S4、将步骤S3中的采样数字信号输入信号处理系统进行解时分处理，得到频率为ν₁、ν₂和ν₃的光脉冲所对应的三组数字信号V₁、V₂和V₃，用公式表示为：

式(2)、(3)和(4)中，其中A₁、A₂、A₃分别表示第一个光脉冲干涉信号、第二个光脉冲干涉信号和第三个光脉冲干涉信号的直流分量幅值，k表示非平衡光纤干涉仪的相干度，

表示传感光纤所传感的待测相位，

表示非平衡光纤干涉仪初始相位，τ＝2nl/c表示非平衡光纤干涉仪信号臂和参考臂之间的时延。

S5、将步骤S4中三组数字信号V₁、V₂和V₃输入信号处理系统并消除信号幅值和直流量，进而获取对应的正交相位信号CR和SR；

S6、利用微分交叉相乘算法或反正切解调算法对步骤S5中所获取的正交相位信号CR和SR进行解调，从而得到被测相位信息。

本实施例中，首先利用强度调制器、第一声光移频器、第一光纤延时线、第二声光移频器和第二光纤延时线对激光器发出的光进行强度调制和频率调制，获取一个由三个不同频率光脉冲组成的光脉冲序列，然后通过非平衡光纤干涉仪将光脉冲序列的频率差转换为干涉光脉冲的相位差，并经光电转换器转化为对应的电信号，再以固定采样频率进行数字采样获取对应的采样数字信号，最后将采样数字信号输入信号处理系统进行相应处理，从而得到被测相位信息。

本实施例中，所述光脉冲序列由频率分别为ν₁＝ν₀、ν₂＝ν₀+Δν和ν₃＝ν₀+2Δν的三个光脉冲组成，且以3T时间周期进行重复，所述非平衡光纤干涉仪的两个干涉臂为信号臂和参考臂，其中，所述信号臂光纤受外界被测信号调制，产生被测相位信号，即在非平衡光纤干涉仪的输出端口可得到参考光信号和探测光信号，用公式表示为：

E_rcos[2πν(t-τ)](5)

式(5)和(6)中，E_s和E_r分别表示当前光脉冲对应的探测光信号和参考光信号的振幅，ν为当前光脉冲的光波频率，τ为信号臂和参考臂之间的时延，

为传感光纤所传感的待测相位；

通过非平衡光纤干涉仪干涉后，所述探测光信号和参考光信号输出的干涉光强用公式表示为：

由于相邻光脉冲之间的延时设置为T＝nL/c，对应固定采样频率设置为f_sp＝1/Τ，则可以通过选取合适的L值，以使得f_sp远远大于被测相位信号频率范围，再以设置的固定采样频率f_sp进行数字采样以获取对应采样数字信号，并将采样数字信号输入信号处理系统进行解时分处理，即可得到频率为ν₁、ν₂和ν₃的光脉冲所对应的三组数字信号V₁、V₂和V₃，即：

将τ＝2nl/c、ν₁＝ν₀、ν₂＝ν₀+Δν和ν₃＝ν₀+2Δν代入式(7)、(8)和(9)中，即可得到：

式(2)、(3)和(4)中，k表示非平衡光纤干涉仪的相干度，

表示非平衡光纤干涉仪的初始相位。

所述光脉冲序列的频率差通过非平衡光纤干涉仪转换为干涉光脉冲的相位差，而相邻干涉光脉冲之间的相位差为

因此，通过控制调制频率Δν和非平衡光纤干涉仪的臂差l，即可控制

的大小而获得干涉多相检测信号。

由于

通常设置为2π/3和π/2等典型值，下面分别以

和

为例，进而对信号处理系统对三组数字信号V₁、V₂和V₃的信号幅值和直流量进行消除以获取对应的正交相位信号CR和SR予以说明。

(一)当相邻光脉冲之间的相位差

时，首先选择合适的Δν和l值，使得

则此时可得：

可以看出，通过声光移频能够实现与采用3x3光纤合束器方法相同的多相检测信号，通过对相位差为120°的三路检测信号进行处理，即可消除相位衰落的影响，获得稳定的被测相位信号输出。

再利用光电探测器对非平衡光纤干涉仪输出的干涉光脉冲信号进行光电转换，并以固定采样频率f_sp＝1/T完成数字采样和模数转换，从而得到三路干涉光脉冲信号对应的时分采样数字信号V₁、V₂和V₃，然后将采样数字信号V₁、V₂和V₃输入信号处理系统进行处理，其处理过程如下：

将时分采样数字信号V₁、V₂和V₃进行标定，消除信号幅值进而消除A₁、A₂和A₃的影响，用公式表示为：

式中，V₁′、V₂′和V₃′分别表示消除信号幅值后的数字信号；

然后分别减去对应的直流量，则式(13)、(14)和(15)化为：

式中，V₁′、V₂′和V₃′分别表示消除信号幅值后并减去对应直流量的数字信号；

再将式(18)－式(17)并除以

得到正交相位信号CR和SR，用公式表示为：

CR＝V₁″ (19)

然后利用反正切解调算法对正交相位信号CR和SR进行解调，并通过高通滤波滤除低频初始相位信号

即可得到待测信号

用公式表示为：

(二)当相邻光脉冲之间的相位差

时，首先选择合适的Δν和l值，使得：使得

则此时可得：

同理，可以看出，通过声光移频能够实现与采用3×3光纤合束器方法相同的多相检测信号，通过对相位差为90°的三路检测信号进行处理，即可消除相位衰落的影响，获得稳定的被测相位信号输出。

再利用光电探测器对非平衡光纤干涉仪输出的干涉光脉冲信号进行光电转换，并以采样率f_sp＝1/Τ完成数字采样和模数转换，得到三路干涉光脉冲信号对应的时分采样数字信号V₁、V₂和V₃，然后将采样数字信号V₁、V₂和V₃输入信号处理系统进行处理，其处理过程如下：

将时分采样数字信号V₁、V₂和V₃进行标定，消除信号幅值进而消除A₁、A₂和A₃的影响，用公式表示为：

然后分别减去对应的直流量，则式(25)、(26)和(27)化为：

进而可以得到正交相位信号CR和SR，用公式表示为：

CR＝V₁″或CR＝(V₁″-V₃″)/2 (31)

SR＝-V₂″ (32)

然后利用反正切解调算法对正交相位信号CR和SR进行解调，并通过高通滤波滤除低频初始相位信号

即可得到待测信号

用公式表示为：

如图3所示，一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置，采用上述所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法进行相位检测，包括激光器1、强度调制器2、光纤分束器3、第一声光移频器4、第一光纤延时线5、第二声光移频器6、第二光纤延时线7、光纤合束器8、非平衡光纤干涉仪9、光电转换器10和信号处理系统11，其中：

激光器1，用于发出光波，并将发出的光波输入强度调制器2中；

强度调制器2，用于调制输出光波的强度以产生对应光脉冲，并将产生的光脉冲输入光纤分束器3中；

光纤分束器3，用于将输入的光脉冲分成三路，第一路通过光纤直接输入光纤合束器8中；第二路通过第一声光移频器4和第一光纤延时线5处理后输入光纤合束器8中；第三路通过第二声光移频器6和第二光纤延时线7处理后输入光纤合束器8中，其中第二声光移频器6的调制频率是第一声光移频器4的调制频率的两倍，第二光纤延时线7的长度是第一光纤延时线5的长度的两倍；

光纤合束器8，用于将光纤分束器输出的三路光脉冲进行合成以产生一个由三个不同光波频率光脉冲组成的光脉冲序列，并将光脉冲序列输入非平衡光纤干涉仪9中；

非平衡光纤干涉仪9，用于将输入的光脉冲序列进行干涉以生成对应的干涉光脉冲序列，并将干涉光脉冲序列输入光电转换器10中；

光电转换器10，用于将输入的干涉光脉冲序列进行光电转换，并以固定采样频率进行数字采样以得到对应的采样数字信号，然后将采样数字信号输入信号处理系统11中；

信号处理系统11，用于将输入的采样数字信号进行处理，进而得到被测相位信息。

其中，所述激光器1为窄线宽激光器，如光纤激光器、半导体激光器或固体激光器。

所述强度调制器2为声光调制器、电光开光或电光强度调制器中的一种，用于实现输出光信号的脉冲强度调制，产生光脉冲。

所述的光纤合束器8为3×3光纤耦合器，用于对光纤分束器3输出的三路光脉冲进行合束，并产生对应光脉冲序列。

所述非平衡光纤干涉仪9选用迈克尔逊光纤干涉仪或马曾干涉仪等，非平衡光纤干涉仪9的信号臂和参考臂之间具有一定的臂差l。

所述信号处理系统11为数字信号处理装置，如FPGA(Field Programmable GateArra y，现场可编程逻辑门阵列)、DSP(Digital Signal Process，数字信号处理)或计算机，用于完成数字信号的解调算法。

其中，所述第一声光移频器4和第二声光移频器6用于实现输入光脉冲的移频，第一光纤延时线5为长度为L的传输光纤用于对第一声光移频器4输出的光脉冲产生延时，第二光纤延时线7为长度为2L的传输光纤用于对第二声光移频器6输出的光脉冲产生延时。

其中，所述光电转换器10为光电信号转换装置，其包括光电探测器、前置放大器和模数转换器，用于将非平衡干涉光纤仪9输出的干涉光脉冲序列信号转换为对应的电信号，并通过固定采样频率对电信号进行数字采样，得到对应的采样数字信号。

本实施例中，所述激光器1发出的光经光纤输入强度调制器2的输入端口，在强度调制器2内经脉冲强度调制后产生对应的光脉冲，并由强度调制器2的输出端口输出；光脉冲通过光纤进入3×3光纤分束器3中的输入端口并在3×3光纤分束器3中被分为三路，第一路由3×3光纤分束器3的第一输出端口输出并直接输入3×3光纤合束器8的输入端口；第二路由3×3光纤分束器3的第二输出端口输出至第一声光移频器4的输入端口，经一定频率的声光移频后，由第一声光移频器4的输出端口输出至第一光纤延时线7的输入端口，经过一定的光纤延时后输入3×3光纤合束器8的输入端口；第三路由3x3光纤分束器3的第三输出端口输出至第二声光移频器6的输入端口，经一定频率的声光移频后，由第二声光移频器6的输出端口输出至第二光纤延时线7的输入端口，经过一定的光纤延时后输入3×3光纤合束器8的输入端口；然后3×3光纤合束器8将三路合成，产生一个由不同光波频率的三个光脉冲组成的光脉冲序列，光脉冲序列通过3×3光纤合束器8的输出端口输出至非平衡光纤干涉仪9的输入端口，并在非平衡光纤干涉仪9内形成干涉产生干涉光脉冲信号，干涉光脉冲信号从非平衡光纤干涉仪9的输出端口输入光电转换器10的输入端口，在光电转换器10内进行光电转换后完成数字采样，形成采样数字信号，所述采样数字信号通过电缆从光电转换器10的输出端口输出至信号处理系统11的输入端口，在信号处理系统11内通过相应的解调算法后，即可获得被测相位信息输出。本发明通过非平衡光纤干涉仪结构与光频调制技术相结合，实现了干涉相位的多相检测，在兼具大动态范围优势的同时，大大简化了传统3×3多相检测方法所需的复杂硬件结构，其可方便与时分复用技术结合，不仅可应用于大规模光纤水听器阵列系统，还可应用于有大动态信号检测需求的多种干涉型光纤传感器系统。

以上对本发明所提供的一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、将激光器发出的光分别通过强度调制器进行强度调制以及通过第一声光移频器、第一光纤延时线、第二声光移频器和第二光纤延时线进行频率调制，进而生成一个由频率分别为ν₁、ν₂和ν₃的三个光脉冲组成的光脉冲序列；

S2、将步骤S1中所生成的光脉冲序列输入非平衡光纤干涉仪中以获得对应干涉光脉冲序列；

S3、将所述干涉光脉冲序列输入光电转换器中并转化为对应的电信号，然后以固定采样频率进行数字采样，得到对应的采样数字信号；

S4、将步骤S3中的采样数字信号输入信号处理系统进行解时分处理，得到频率为ν₁、ν₂和ν₃的光脉冲所对应的三组数字信号V₁、V₂和V₃；

S5、将步骤S4中三组数字信号V₁、V₂和V₃输入信号处理系统并消除数字信号的信号幅值和直流量，进而获取对应的正交相位信号CR和SR；

S6、将步骤S5中获取的正交相位信号CR和SR进行解调，从而得到被测相位信息。

2.如权利要求1所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体实现方式为：

S11、将激光器的输出光波输入强度调制器中进行强度调制进而产生光脉冲，其中，所述光脉冲重复时间周期为3T；

S12、通过光纤分束器将所产生的光脉冲分成三路，第一路直接输入光纤合束器中，且第一路光脉冲频率设为ν₀；第二路经过调制频率为Δν的第一声光移频器和长度为L的第一光纤延时线处理后再输入光纤合束器中，则第二路光脉冲频率为ν₀+Δν，第二路光脉冲延时为T；第三路经调制频率为2Δν的第二声光移频器和长度为2L的第二光纤延时线处理后输入光纤合束器，则第三路光脉冲频率为ν₀+2Δν，第三路光脉冲延时为2T；

S13、通过光纤合束器将步骤S12中所得到的三路光脉冲合束，进而生成一个由频率分别为ν₁＝ν₀、ν₂＝ν₀+Δν和ν₃＝ν₀+2Δν的三个光脉冲组成的光脉冲序列。

3.如权利要求2所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法，其特征在于，所述干涉光脉冲序列中相邻干涉光脉冲之间的相位差用公式表示为：

式(1)中，

表示相邻干涉光脉冲之间的相位差，l表示非平衡光纤干涉仪的信号臂和参考臂之间的臂差，n表示光纤纤芯的折射率，c表示真空中的光速。

4.如权利要求3所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法，其特征在于，所述步骤S3中的固定采样频率为f_sp＝1/Τ。

5.如权利要求4所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法，其特征在于，所述步骤S4中的频率为ν₁、ν₂和ν₃的光脉冲所对应的三组数字信号V₁、V₂和V₃用公式表示为：

式(2)、(3)和(4)中，其中A₁、A₂、A₃分别表示第一个光脉冲干涉信号、第二个光脉冲干涉信号和第三个光脉冲干涉信号的直流分量幅值，k表示非平衡光纤干涉仪的相干度，

表示传感光纤所传感的待测相位，

表示非平衡光纤干涉仪初始相位，τ＝2nl/c表示非平衡光纤干涉仪信号臂和参考臂之间的时延。

6.如权利要求5所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法，其特征在于，所述步骤S6中利用微分交叉相乘算法或反正切解调算法对正交相位信号CR和SR进行解调，从而得到被测相位信息。

7.一种大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测方法进行相位检测，包括激光器、强度调制器、光纤分束器、第一声光移频器、第一光纤延时线、第二声光移频器、第二光纤延时线、光纤合束器、非平衡光纤干涉仪、光电转换器和信号处理系统，其中：

激光器，用于发出光波，并将发出的光波输入强度调制器中；

强度调制器，用于调制输出光波的强度以产生对应光脉冲，并将产生的光脉冲输入光纤分束器中；

光纤分束器，用于将输入的光脉冲分成三路，第一路通过光纤直接输入光纤合束器中；第二路通过第一声光移频器和第一光纤延时线处理后输入光纤合束器中；第三路通过第二声光移频器和第二光纤延时线处理后输入光纤合束器中，其中第二声光移频器的调制频率是第一声光移频器的调制频率的两倍，第二光纤延时线的长度是第一光纤延时线的长度的两倍；

光纤合束器，用于将光纤分束器输出的三路光脉冲进行合成以产生一个由三个不同光波频率光脉冲组成的光脉冲序列，并将光脉冲序列输入非平衡光纤干涉仪中；

非平衡光纤干涉仪，用于将输入的光脉冲序列进行干涉以生成对应的干涉光脉冲序列，并将干涉光脉冲序列输入光电转换器中；

光电转换器，用于将输入的干涉光脉冲序列进行光电转换，并以固定采样频率进行数字采样以得到对应的采样数字信号，然后将采样数字信号输入信号处理系统中；

信号处理系统，用于将输入的采样数字信号进行处理，进而得到被测相位信息。

8.如权利要求7所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置，其特征在于，所述激光器为窄线宽激光器，强度调制器为声光调制器、电光开光或电光强度调制器中的一种。

9.如权利要求8所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置，其特征在于，所述第一声光移频器和第二声光移频器用于实现输入光脉冲的移频，第一光纤延时线用于对第一声光移频器输出的光脉冲产生延时，第二光纤延时线用于对第二声光移频器输出的光脉冲产生延时。

10.如权利要求9所述的大动态范围的光纤干涉仪相位检测装置，其特征在于，所述光电转换器为光电信号转换装置，其包括光电探测器、前置放大器和模数转换器，用于将非平衡干涉光纤仪输出的干涉光脉冲序列信号转换为对应的电信号，并通过固定采样频率对电信号进行数字采样，得到对应的采样数字信号。

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