一种光纤位移传感器解调方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光纤位移传感器解调装置的解调方法，该装置包括宽谱光源、电光调制器和计算机，宽谱光源输出端连接光纤耦合器，光纤耦合器的一个输出端的连接位移传感探头，位移传感探头与待测物体连接，同时光线耦合器表面设置有反射镜，光纤耦合器的输出端口和反射镜构成一个迈克尔逊干涉仪，电光调制器输出的调制信号经过色散光纤后入射到高速光电探测器上，高速光电探测器将光信号装换成微波信号并通过低噪放放大，低噪放输出端连接微波功分器，本位移传感系统的分辨率可通过设置系统的元器件参数来实现任意调节，通过优化参数，可实现纳米级位移传感精度，克服了环境适应性差和光信号的抖动环境温度等因素的变化对传感器的性能影响很大的缺陷。

A demodulation method for optical fiber displacement sensor

The invention discloses a demodulation method based on optical fiber sensor demodulation device, the device includes a wide spectrum light source, modulator and computer, wide spectrum light source is connected with the output end of the optical fiber coupler, a displacement sensing probe connected to output end of the optical fiber coupler, displacement sensor probe and the object to be measured at the same time the light coupler is arranged on the surface of connection. A mirror, mirror reflection and optical fiber coupler output consists of a Michelson interferometer, the electro-optic modulator outputs the modulated signal through the optical fiber dispersion after the incident to the high-speed photodetector, high speed photodetector converts the light signal into the microwave signal and the low noise amplifier, low noise amplifier connected with the output end of the microwave power divider the displacement sensing system, the resolution can be through the components parameter setting of the system to achieve arbitrary regulation, through the optimization of parameters The accuracy of nanometer displacement sensing can be achieved, and the factors such as poor adaptability to environment, and jitter of optical signal and environment temperature will overcome the defects of sensor performance.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤位移传感器解调方法
本专利技术涉及一种解调方法，具体为一种光纤位移传感器解调方法。
技术介绍
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数目前光纤位移传感器主要有光纤光栅，光纤法珀和光纤M-Z干涉仪等类型的传感器,其中光纤光栅传感器功率利用率较低，光纤法珀传感器测量精度不高，光纤M-Z干涉仪工作条件严格，而且光纤位移传感系统一个普遍的问题是传感器的环境适应性差，光信号的抖动，环境温度等因素的变化对传感器的性能影响很大。本专利技术提出了一种基于光纤迈克尔逊干涉仪和光电振荡器结合的光纤位移传感解调方法,以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有解调装置在工作过程中，环境适应性差和光信号的抖动环境温度等因素的变化对传感器的性能影响很大的缺陷，提供一种光纤位移传感器解调装置，从而解决上述问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术一种光纤位移传感器解调装置，包括宽谱光源、电光调制器和计算机，宽谱光源输出端连接光纤耦合器，光纤耦合器的一个输出端的连接位移传感探头，位移传感探头与待测物体连接，同时光线耦合器表面设置有反射镜，光纤耦合器的输出端口和反射镜构成一个迈克尔逊干涉仪，迈克尔逊干涉仪的输出端连接电光调制器，电光调制器输出的调制信号经过色散光纤后入射到高速光电探测器上，高速光电探测器将光信号装换成微波信号并通过低噪放放大，低噪放输出端连接微波功分器，微波功分器将一部分微波信号注入到电光调制器中，同时将另一部分微波信号输入频谱仪，频谱仪末端连接计算机。作为本专利技术的一种优选技术方案，电光调制器、色散光纤、高速光电探测器、低噪放和微波功分器组成光电振荡器环路，且光电振荡器环路输入端与迈克尔逊干涉仪的输出端相连接，能够将迈克尔逊干涉仪输出端产生的干涉梳状谱注入光电振荡器环路中，并通过光电振荡器环路产生微波信号。作为本专利技术的一种优选技术方案，电光调制器内部设置有线性调制设备，线性调制设备表面设置有纵向和横向接口，接口均位于铝外壳中，由于电光效应可分为线性电光效应(泡克耳斯效应)和二次电光效应(克尔效应)，而线性电光效应比二次电光效应的作用效果明显，因此采用线性调制效果更好。作为本专利技术的一种优选技术方案，宽谱光源可采用高斯型或矩形光源作为发射光源，使得光源发射装置的选择性更高。作为本专利技术的一种优选技术方案，在光纤位移传感探头中，光纤耦合器的一臂的光纤插入一陶瓷芯中，陶瓷芯和一扩束准直透镜共同固定在一个套筒上，该探头有利于最大限度的收集待测移动物体发射回来的光信号，提高整个位移传感系统的灵敏度。本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术提出了一种新的光纤位移传感解调方法，通过不同待测物体的位移量来改变干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率来实现对待测物体位移的测量，宽谱光源进入一光纤耦合器，该耦合器的两个输出端构成和两个反射膜构成一个迈克尔逊干涉仪。光纤耦合器的另一输入端口将成为干涉仪的输出端口。宽谱光源经该干涉仪后，在当干涉仪两臂光程差在光源相干范围内时，在干涉仪的输出端将产生干涉条纹。该干涉条纹在频域上为一正弦梳状谱，由迈克尔逊干涉仪输出的梳状谱经过一处于正交工作点的电光调制器，则由光电振荡器产生的微波信号通过该电光调制器被调制到干涉梳状光谱上，该光载微波信号经过色散补偿光纤后入射到高速光电探测器上，该探测器将光信号装换成微波信号，该微波信号通过低噪放放大后经过一个微波功分器后，一部分微波信号注入到电光调制器中，一部分信号通过频谱仪来测量光电振荡器输出微波信号的中心频率，本位移传感系统的分辨率可通过设置系统的元器件参数来实现任意调节，通过优化参数，可实现纳米级位移传感精度，本专利技术提出的测试原理和方法可实现高精度光信号的测量，同时也降低了成本，简化了结构，克服了环境适应性差和光信号的抖动环境温度等因素的变化对传感器的性能影响很大的缺陷。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术系统框架结构示意图；图2是本专利技术系统局部结构示意图；图中标号：101、宽谱光源；102、光纤耦合器；103、位移传感探头；104、待测物体；105、反射镜；106、电光调制器；107、色散光纤；108、高速光电探测器；109、低噪放；201、微波功分器；202、频谱仪；203、计算机；301、光纤；302、陶瓷芯；303、套筒；304、准直透镜。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。实施例：如图1-2所示，本专利技术提供一种光纤位移传感器解调装置，包括宽谱光源101、电光调制器106和计算机203，宽谱光源101输出端连接光纤耦合器102，光纤耦合器102的一个输出端的连接位移传感探头103，位移传感探头103与待测物体104连接，同时光线耦合器102表面设置有反射镜105，光纤耦合器102的输出端口和反射镜105构成一个迈克尔逊干涉仪，迈克尔逊干涉仪的输出端连接电光调制器106，电光调制器106输出的调制信号经过色散光纤107后入射到高速光电探测器108上，高速光电探测器108将光信号装换成微波信号并通过低噪放109放大，低噪放109输出端连接微波功分器201，微波功分器201将一部分微波信号注入到电光调制器106中，同时将另一部分微波信号输入频谱仪202，频谱仪202末端连接计算机203。具体的，本专利技术一种光纤位移传感器解调装置，电光调制器106、色散光纤107、高速光电探测器108、低噪放109和微波功分器201组成光电振荡器环路，且光电振荡器环路输入端与迈克尔逊干涉仪的输出端相连接，能够将迈克尔逊干涉仪输出端产生的干涉梳状谱注入光电振荡器环路中，并通过光电振荡器环路产生微波信号，电光调制器106内部设置有线性调制设备，线性调制设备表面设置有纵向和横向接口，接口均位于铝外壳中，由于电光效应可分为线性电光效应(泡克耳斯效应)和二次电光效应(克尔效应)，而线性电光效应比二次电光效应的作用效果明显，因此采用线性调制效果更好，宽谱光源101可采用高斯型或矩形光源作为发射光源，使得光源发射装置的选择性更高，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤位移传感器解调方法，其特征在于，通过待测物体位移的变化来改变迈克尔逊干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率，根据微波信号中心频率的变化量来得到待测物体的位移量，宽谱光源经过迈克尔逊干涉仪后，将发生干涉，干涉条纹的输出在频域上可表示为：

【技术特征摘要】
1.一种光纤位移传感器解调方法，其特征在于，通过待测物体位移的变化来改变迈克尔逊干涉仪的光程差，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率，根据微波信号中心频率的变化量来得到待测物体的位移量，宽谱光源经过迈克尔逊干涉仪后，将发生干涉，干涉条纹的输出在频域上可表示为：其中A为干涉仪输出干涉条纹的可见度，Δω为不同干涉仪光程差时输出干涉条纹的频率间隔，为干涉仪的相位漂移，ω0为激光器的中心圆频率。Δω可表示为：Δω＝2πc/(nΔL+Ldis)(2)其中c为光速，ΔL为干涉仪中两臂光纤301的长度差，n为光纤折射率，Ldis为待测物体的位移量。则该干涉仪的自由光谱范围可表示为：干涉的输出光是与波长相关，其电场可表征为：E(t)＝∫E(ω)ejωtdω(4)则光源的光功率谱密度可表示为：T(ω)＝|E(ω)|2(5)干涉仪输出的干涉条纹经过电光调制器106后，光谱的每个频率分量E(ω)都被调制，并且由光电振荡器环路产生一频率为ξ的微波信号，电光调制器106输出的光场可表示为：E(ω)＝ejωt(1+ejξt+e-jξt)(6)光电振荡器中使用色散光纤107作为延迟线，该时延线的电场传递函数可表示为：H(ω)＝|H(ω)|e-jφ(ω)(7)φ(ω)为色散光纤107延迟引入的相位，根据泰勒级数展开，该相位可表示为：式中，τ(ω0)为中心频率为ω0时的群时延，LDCF为色散光纤107的长度，β为光纤301的色散，其单位为ps2/km，β可表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：卢平，
申请(专利权)人：苏州润桐专利运营有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32