基于双信号相位差的低频应变检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双信号相位差的低频应变检测系统及检测方法，该系统包括激光器、两个干涉仪、两个相位调制器、信号发生器、两个光电探测器及信号解调与调制模块；两个干涉仪共用一个干涉臂，该干涉臂为参考臂，其上设置一个相位调制器；其中一个干涉仪的干涉臂用于感知外部应变，是为传感臂；另一干涉仪的干涉臂，为补偿臂，其上设置一个相位调制器；本发明专利技术通过在干涉信号中引入相位补偿技术，使两路干涉信号的相位差处于90

【技术实现步骤摘要】
基于双信号相位差的低频应变检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，具体的，涉及一种基于双信号相位差的低频应变检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]光纤传感器以其高灵敏度、宽动态范围、抗电磁干扰性等优点在许多领域得到了广泛的应用。传感领域包括温度，折射率，磁场，应变等；光纤应变传感器，特别是对于低频波段，在许多应用中发挥了更重要的作用，如桥梁和建筑物健康检查、地层移动、地震监测等。基于双干涉信号相位差的低频应变检测技术为我们的光纤应变测量领域提供了新的思路，通过椭圆拟合算法，计算出双干涉仪相位差的变化，利用该相位差变化表征外界的应变。
[0003]上述技术避免了无源移相解调通常存在的限制：首先，初始相位差必须精确地固定在π/2或2π/3；其次，要执行差分交叉乘法(DCM)算法或反正切算法(ATAN)；然而双干涉信号相位差低频应变检测技术存在相位差测量范围的限制：当相位差超过0到180
°
时，检测系统无法分辨两路干涉信号的相位差变化方向，即增大还是减小，限制了该技术的实用性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于双信号相位差的低频应变检测系统及检测方法，解决现有技术中的低频应变检测技术存在相位差测量范围限制的问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]基于双信号相位差的低频应变检测系统，包括激光器、两个干涉仪、两个相位调制器、信号发生器、两个光电探测器及信号解调与调制模块；
>[0007]两个干涉仪共用一个干涉臂，该干涉臂为参考臂，其上设置一个相位调制器；
[0008]其中一个干涉仪的干涉臂用于感知外部应变，是为传感臂；
[0009]另一干涉仪的干涉臂，为补偿臂，其上设置一个相位调制器；
[0010]两个干涉仪由传感臂感知外部应变，而参考臂与补偿臂用于隔绝外部应变干扰；
[0011]所述信号发生器和参考臂上的相位调制器在两个干涉仪中引入相位调制信号；
[0012]所述的光电探测器与两个干涉仪连接，光电探测器用于将双路干涉信号转换为双路电信号；
[0013]所述信号解调与调制模块与两个光电探测器连接，信号解调与调制模块对双路电信号做基于椭圆拟合算法的相位差解调，根据所得相位差，信号解调与调制模块发出电压信号驱动补偿臂上的相位调制器，使双路电信号的相位差趋于一个预设额定值；
[0014]计算得出双干涉仪相位差变化，进而得出传感臂光纤长度变化。
[0015]作为本专利技术的进一步方案，该检测系统的检测方法包括以下步骤：
[0016]步骤一，两个干涉仪生成双路干涉信号；
[0017]步骤二，信号发生器对参考臂上的相位调制器进行激励，在两个干涉仪中引入相
位调制信号；
[0018]步骤三，通过光电探测器将所述的双路干涉信号转换为双路电信号；
[0019]步骤四，通过信号解调与调制模块对所述的双路电信号做相位差解调；
[0020]步骤五，根据所得相位差，信号解调与调制模块发出电压信号驱动补偿臂上的相位调制器，使双路电信号的相位差趋于一个预设额定值；
[0021]步骤六，计算得出双干涉仪相位差变化，进而得出传感臂光纤长度变化。
[0022]作为本专利技术的进一步方案，预设额定值为90
°
。
[0023]作为本专利技术的进一步方案，步骤四与步骤五的具体步骤为：
[0024]通过信号解调与调制模块对双路数字信号做基于椭圆拟合算法的数字化解调，得出双干涉仪的相位差β
n
，得出相位差偏离90
°
的量ε
n
＝β
n
‑
90
°
，信号解调与调制模块中的数据模拟输出器对补偿臂上的相位调制器进行调制ΔV
n
，使补偿臂产生ε
n
的相位变化，使双路信号的相位差为90
°
。
[0025]作为本专利技术的进一步方案，步骤六中测量双干涉仪的相位差，得出β
n+1
、ε
n+1
，数据模拟输出器对补偿臂上的相位调制器进行调制，使补偿臂产生ε
n+1
＝β
n+1
‑
90
°
的相位变化，相位差单次变化不能超过90
°
，如果超过90
°
，则减小两次测量的时间间隔；根据第n与n+1次的相位差变化ε
n+1
，再进一步计算得出光纤长度变化；根据每次测试得到的ε
n
，绘制出外界应变曲线(α
n
，T
n
)，其中
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027]本专利技术通过在干涉信号中引入相位补偿技术，使两路干涉信号的相位差处于90
°
附近，避免了相位差在0或180
°
时出现两信号相位差增大或减小的误判，实现了相位差测量技术的动态范围扩展，提高了双干涉信号相位差低频应变检测技术的实用性。
附图说明
[0028]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0029]图1是具体实施例中基于双信号相位差的低频应变检测系统的结构示意图；
[0030]图2是具体实施例中基于双信号相位差的低频应变检测系统的检测方法的相位补偿流程图；
[0031]图3是具体实施例中基于双信号相位差的低频应变检测系统的检测方法相位补偿时序图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]基于双信号相位差的低频应变检测系统及检测方法，如图1所示，基于双信号相位差的低频应变检测系统包括激光器、两个干涉仪、两个相位调制器、信号发生器、两个光电探测器及信号解调与调制模块；
[0034]两个干涉仪共用一个干涉臂，该干涉臂为参考臂，其上设置一个相位调制器；
[0035]所述干涉仪为光纤干涉仪或空间光干涉仪，光纤干涉仪包括迈克尔逊干涉仪、马赫－曾德干涉仪与法布里－珀罗干涉仪；
[0036]其中一个干涉仪的干涉臂用于感知外部应变，是为传感臂；
[0037]另一干涉仪的干涉臂，是为补偿臂，其上设置一个相位调制器；
[0038]两个干涉仪由传感臂感知外部应变，而参考臂与补偿臂用于隔绝外部应变干扰；
[0039]所述信号发生器和参考臂上的相位调制器在两个干涉仪中引入相位调制信号；
[0040]所述的光电探测器与两个干涉仪连接，光电探测器用于将双路干涉信号转换为双路电信号；
[0041]所述信号解调与调制模块与两个光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双信号相位差的低频应变检测系统，包括激光器、两个干涉仪、两个相位调制器、信号发生器、两个光电探测器及信号解调与调制模块，其特征在于：两个干涉仪共用一个干涉臂，该干涉臂为参考臂，其上设置一个相位调制器；其中一个干涉仪的干涉臂用于感知外部应变，是为传感臂；另一干涉仪的干涉臂，为补偿臂，其上设置一个相位调制器；两个干涉仪由传感臂感知外部应变，而参考臂与补偿臂用于隔绝外部应变干扰；所述信号发生器和参考臂上的相位调制器在两个干涉仪中引入相位调制信号；所述的光电探测器与两个干涉仪连接，光电探测器用于将双路干涉信号转换为双路电信号；所述信号解调与调制模块与两个光电探测器连接，信号解调与调制模块对双路电信号做基于椭圆拟合算法的相位差解调，根据所得相位差，信号解调与调制模块发出电压信号驱动补偿臂上的相位调制器，使双路电信号的相位差趋于一个预设额定值；计算得出双干涉仪相位差变化，进而得出传感臂光纤长度变化。2.根据权利要求1所述的基于双信号相位差的低频应变检测系统，其特征在于，该检测系统的检测方法包括以下步骤：步骤一，两个干涉仪生成双路干涉信号；步骤二，信号发生器对参考臂上的相位调制器进行激励，在两个干涉仪中引入相位调制信号；步骤三，通过光电探测器将所述的双路干涉信号转换为双路电信号；步骤四，通过信号解调与调制模块对所述的双路电信号做相位差解调；步骤五，根据所得相位差，信号解调与调制模块发出电压信号驱动补偿臂上的相位调制器，使双路电信号的相位差趋于一个预设额定值；步骤六，计算得出双干涉仪相位差变化，进而得出传感臂光纤长度变化。3.根据权利要求2所述的基于双信号相位差的低频应变检测系统，其特征在于，预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：时金辉，俞本立，光东，左铖，吴许强，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：