CN213693704U - 一种pzt相位调制器调制深度测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种PZT相位调制器调制深度测量系统，包括光源探测模块、待测PZT调制模块、PZT驱动模块和信号解调模块，所述待测PZT调制模块第一端与光源探测模块连接、另一端与PZT驱动模块连接，所述信号解调模块的两端分别与光源探测模块和PZT驱动模块连接；该PZT相位调制器调制深度测量系统运用了保偏光纤进行光波信号传输，减弱光纤中晶体双折射效应，以保证入射光的偏振态长时间不变，保证了光波信号的精确采集；对一束正交偏振光进行解调，通过解调二者相差的方式增强了有用信号的幅值，提高了数据采集精度。

Description

一种PZT相位调制器调制深度测量系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术及其信号解调技术领域，具体是涉及一种PZT相位调制器调制深度测量系统。

背景技术

光纤传感技术因光纤传感器的响应速度块、灵敏度高，频带宽、动态范围大、携带信息量大、保密性高、体积小、重量轻、抗电磁干扰等优点飞速发展，得到了广泛研究与应用。PZT相位调制器是一种特制的光纤盘绕压电陶瓷换能器器件，具有相位调制功能，可应用于反射型传感系统中光波相位解调，干涉型传感器模拟，干涉仪系统的相位调制等，通过对PZT调制深度的解调可以获得传感信息。PZT相位调制器的调制性能影响解调出的传感信号的线性度和动态范围，为得到高性能的光纤电流传感器，需要对PZT相位调制器的调制深度进行精确控制和测试。

人们多注重基于PZT的光纤光相位调制器的应用，对其调制系数的测量研究却甚少。肉眼观测法由于采取人眼观测的方法，误差很大，并且随着初始相位的漂移，干涉条纹是不稳定的。迈克尔逊干涉仪调制法通过人为调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，随机性大。振动检测法因振动本身存在的振动衰减，使检测不具有重复性，不易操作。现有的测试系统误差较大，重复性低、不易操作，不能实现对PZT相位调制器的精确测试和控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种PZT相位调制器调制深度测量系统以解决背景技术中提出的现有的测试系统误差较大，重复性低、不易操作，不能实现对PZT相位调制器的精确测试和控制的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：一种PZT相位调制器调制深度测量系统，包括光源探测模块、待测PZT调制模块、PZT驱动模块和信号解调模块，所述待测PZT调制模块第一端与光源探测模块连接、另一端与PZT驱动模块连接，所述信号解调模块的两端分别与光源探测模块和PZT驱动模块连接。

优选的，所述光源探测模块包括光源、耦合器和光电探测器PIN-FET组件，所述光源与耦合器的第一端连接；

所述耦合器第一端与光源连接接收所述待测SLD光源发出的光、第二端与光电探测器PIN-FET组件连接；

所述光电探测器PIN-FET组件检测所述耦合器的第二端输出的干涉光强，并得到与所述干涉光强对应的电信号，将干涉光强转换为对应的电压信号。

优选的，所述待测PZT调制模块包括起偏器、PZT相位调制器和光纤传感环，用于偏振光的获得、通过相位调制器上光纤中通过的光相位的调制与光的返回；

所述起偏器将所述耦合器第三端输出的光转换成偏振态的光；

所述PZT相位调制器由压电效应使缠绕在PZT上的光纤伸缩，实现光纤中通过的光相位的调制。

优选的，用环形器替换耦合器，所述环形器第一端与所述光源连接，接收所述待测SLD光源发出的光、第二端与起偏器连接，传输光波至起偏器、第三端与所述光电探测器PIN-FET组件第一端口连接；

所述光电探测器PIN-FET组件检测所述环形器的第三端输出的干涉光强，并得到与所述干涉光强对应的电信号，将干涉光强转换为对应的电压信号。

优选的，所述PZT驱动模块为信号发生与功率放大器，用于信号波形的发生及放大，驱动待测PZT相位调制器工作。

优选的，所述信号解调模块包括数据采集与信号处理单元和上位机，所述第一端连接于光电探测器PIN-FET组件、第二端连接于信号发生与功率放大器、第三端连接于上位机，所述信号解调模块用于对所述光电探测器PIN-FET组件上传的电信号和PZT驱动电压信号进行采集处理并传输至上位机进行相干解调。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

1、该PZT相位调制器调制深度测量系统运用了保偏光纤进行光波信号传输，减弱光纤中晶体双折射效应，以保证入射光的偏振态长时间不变，保证了光波信号的精确采集。

2、该PZT相位调制器调制深度测量系统对一束正交偏振光进行解调，通过解调二者相差的方式增强了有用信号的幅值，提高了数据采集精度。仿真结果表明，通过各种情况下与传统方法中参与相位角计算的信号幅值对比，文中提出的方法能够明显增强信号幅值，利于提高数据采集精度和相位测量精度。

附图说明

图1为本实用新型PZT相位调制深度测量系统的结构示意图

图2为本实用新型实施例1中新型PZT相位调制深度测量系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例2中新型PZT相位调制深度测量系统的结构示意图；

符号说明：

1、光源；2、耦合器；3、起偏器；4、PZT相位调制器；5、光纤传感环；6、光电探测器PIN-FET组件；7、信号发生与功率放大器；8、数据采集与信号处理单元；9、上位机；10、环形器；11、光源探测模块；12、待测PZT调制模块；13、PZT驱动模块；14、信号解调模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一：

参照图1-2，一种PZT相位调制器调制深度测量系统，包括光源探测模块11、待测PZT调制模块12、PZT驱动模块13和信号解调模块14，待测PZT调制模块12第一端与光源探测模块11连接、另一端与PZT驱动模块13连接，信号解调模块14的两端分别与光源探测模块11和PZT驱动模块13连接。

光源探测模块11包括光源1、耦合器2和光电探测器PIN-FET组件6，光源1与耦合器2的第一端连接；耦合器2第一端与光源1连接接收待测SLD光源发出的光、第二端与光电探测器PIN-FET组件6连接；光电探测器PIN-FET组件6检测耦合器2的第二端输出的干涉光强，并得到与干涉光强对应的电信号，将干涉光强转换为对应的电压信号。

待测PZT调制模块12包括起偏器3、PZT相位调制器4和光纤传感环5，用于偏振光的获得、通过相位调制器上光纤中通过的光相位的调制与光的返回；起偏器3将耦合器2第三端输出的光转换成偏振态的光；PZT相位调制器4由压电效应使缠绕在PZT上的光纤伸缩，实现光纤中通过的光相位的调制，光纤传感环5是为了产生时延得到非互易相位差，作为信号通道传送光信号以及保持光的偏振态。

PZT驱动模块13为信号发生与功率放大器7，信号发生与功率放大器7包括信号发生器和功率放大器，用于信号波形的发生及放大，驱动待测PZT相位调制器4工作。

信号解调模块14包括数据采集与信号处理单元8和上位机9，第一端连接于光电探测器PIN-FET组件6、第二端连接于信号发生与功率放大器7、第三端连接于上位机9，信号解调模块14用于对光电探测器PIN-FET组件6上传的电信号和PZT驱动电压信号进行采集处理并传输至上位机9进行相干解调。PZT驱动模块13发生与PZT相位调制器4谐振频率大小相等的正弦电压信号。正弦电压信号经功率放大器输出，施加在PZT相位调制器4上使PZT相位调制器4工作实现向相位调制。

光源1的输出端连接耦合器2的第一端口；耦合器2的第二端口连接光电探测器PIN-FET组件6的第一端口，耦合器2的第三端口连接起偏器3的第一输入端口，起偏器3的第二端口连接PZT相位调制器4的第一端口，PZT相位调制器4的第二端口连接光纤传感环5，光电探测器PIN-FET组件6的第二端口连接一体化仪器的第一端口，一体化仪器的第二端口连接PZT相位调制器4的第二端口，一体化仪器的第三端口连接功率放大器的输入端口，功率放大器的输出端口连接PZT相位调制器4的第三端口。

光源1发出的光输出光信号传输至耦合器2输出，传输至起偏器3得到线偏振光，线偏振光进入PZT相位调制器4输出，经光纤与光纤传感环5连接，在光纤传感环5中经1/4波片被分为两束偏振态互相正交的线偏振光，经传感环反射沿原光路返回，经耦合器2输出传输至光电探测器PIN-FET组件6，经光电探测器PIN-FET组件6转换为电信号传输至一体化仪器的信号采集第一端口，传输至上位机9解调信号得到PZT相位调制器4的调制深度。

实施例二：

参照图1和图3，一种PZT相位调制器调制深度测量系统，与上述实施例不同的是用环形器10替换耦合器2，环形器10第一端与光源1连接，接收待测SLD光源发出的光、第二端与起偏器3连接，传输光波至起偏器3、第三端与光电探测器PIN-FET组件6第一端口连接；光电探测器PIN-FET组件6，检测环形器10的第三端输出的干涉光强，并得到与干涉光强对应的电信号，将干涉光强转换为对应的电压信号。

光源1的输出端连接耦合器2的第一端口；耦合器2的第二端口连接光电探测器PIN-FET组件6的第一端口，耦合器2的第三端口连接起偏器3的第一输入端口，起偏器3的第二端口连接PZT相位调制器4的第一端口，PZT相位调制器4的第二端口连接光纤传感环5，光电探测器PIN-FET组件6的第二端口连接一体化仪器的第一端口，信号处理单元的第二端口连接功率放大器的输入端口，功率放大器的输出端口连接PZT相位调制器4的第三端口。

光源1发出的光输出光信号传输至耦合器2输出，传输至起偏器3得到线偏振光，线偏振光进入PZT相位调制器4输出，经光纤与光纤传感环5连接，在光纤传感环5中经1/4波片被分为两束偏振态互相正交的线偏振光，经传感环反射沿原光路返回，经耦合器2输出传输至光电探测器PIN-FET组件6，经光电探测器PIN-FET组件6转换为电信号传输至信号处理单元通道一被采集处理，同时逻辑电路发生的正弦信号传输至信号处理单元通道二被采集处理，传输至上位机9，经相干解调得到PZT相位调制器4的调制深度。

Claims (6)

1.一种PZT相位调制器调制深度测量系统，其特征在于：包括光源探测模块(11)、待测PZT调制模块(12)、PZT驱动模块(13)和信号解调模块(14)，所述待测PZT调制模块(12)第一端与光源探测模块(11)连接、另一端与PZT驱动模块(13)连接，所述信号解调模块(14)的两端分别与光源探测模块(11)和PZT驱动模块(13)连接。

2.根据权利要求1所述的一种PZT相位调制器调制深度测量系统，其特征在于：所述光源探测模块(11)包括光源(1)、耦合器(2)和光电探测器PIN-FET组件(6)，所述光源(1)与耦合器(2)的第一端连接；

所述耦合器(2)第一端与光源(1)连接接收所述待测SLD光源发出的光、第二端与光电探测器PIN-FET组件(6)连接；

所述光电探测器PIN-FET组件(6)检测所述耦合器(2)的第二端输出的干涉光强，并得到与所述干涉光强对应的电信号，将干涉光强转换为对应的电压信号。

3.根据权利要求2所述的一种PZT相位调制器调制深度测量系统，其特征在于：所述待测PZT调制模块(12)包括起偏器(3)、PZT相位调制器(4)和光纤传感环(5)，用于偏振光的获得、通过相位调制器上光纤中通过的光相位的调制与光的返回；

所述起偏器(3)将所述耦合器(2)第三端输出的光转换成偏振态的光；

所述PZT相位调制器(4)由压电效应使缠绕在PZT上的光纤伸缩，实现光纤中通过的光相位的调制。

4.根据权利要求2所述的一种PZT相位调制器调制深度测量系统，其特征在于：用环形器(10)替换耦合器(2)，所述环形器(10)第一端与所述光源(1) 连接，接收所述待测SLD光源发出的光、第二端与起偏器(3)连接，传输光波至起偏器(3)、第三端与所述光电探测器PIN-FET组件(6)第一端口连接；

所述光电探测器PIN-FET组件(6)检测所述环形器(10)的第三端输出的干涉光强，并得到与所述干涉光强对应的电信号，将干涉光强转换为对应的电压信号。

5.根据权利要求1所述的一种PZT相位调制器调制深度测量系统，其特征在于：所述PZT驱动模块(13)为信号发生与功率放大器(7)，用于信号波形的发生及放大，驱动待测PZT相位调制器(4)工作。

6.根据权利要求1所述的一种PZT相位调制器调制深度测量系统，其特征在于：所述信号解调模块(14)包括数据采集与信号处理单元(8)和上位机(9)，所述第一端连接于光电探测器PIN-FET组件(6)、第二端连接于信号发生与功率放大器(7)、第三端连接于上位机(9)，所述信号解调模块(14)用于对所述光电探测器PIN-FET组件(6)上传的电信号和PZT驱动电压信号进行采集处理并传输至上位机(9)进行相干解调。

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