一种相位正交四波长光纤F-P腔传感器解调系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种相位正交四波长光纤F

【技术实现步骤摘要】
一种相位正交四波长光纤F
‑
P腔传感器解调系统和方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其是指一种相位正交四波长光纤F
‑
P腔传感器解调系统和方法。

技术介绍

[0002]光纤F
‑
P腔传感器以灵敏度高、抗干扰能力强等优点在医疗检测、结构状态检测、光声成像和电力电缆监测等领域受到了广泛的关注。解调方法是制约光纤F
‑
P腔传感器检测能力的主要因素。
[0003]目前，光纤F
‑
P传感信号的解调主要有强度解调和相位解调两大类。其中强度解调又包含：单波长解调，双波长解调和三波长解调。单波长解调法受光源稳定性影响较大；双波长解调法易发生正交相位漂移；三波长解调法一般采用三个激光光源，结构复杂，成本较高。而相位解调法输出的光谱为所有波长信息的叠加，所以在解调精度、分辨率以及稳定性方面优势明显，但系统成本高，测量速度慢，难以胜任动态变量的实时解调。
[0004]因此，研制一种体积小，高精度，低成本的光纤F
‑
P腔传感器解调系统是十分有必要的。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中光纤F
‑
P腔传感器解调结构复杂、解调系统成本过高的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种相位正交四波长光纤F
‑
P腔传感器解调系统，包括平坦型ASE宽带光源、光纤环形器、密集波分复用器、光电探测器和数据采集处理单元；
[0007]所述平坦型ASE宽带光源和光纤环形器连接，所述光纤环形器和密集波分复用器连接，所述密集波分复用器和光电探测器连接，所述光电探测器和数据采集处理单元连接；
[0008]所述光纤环形器用于光信号的传输，来自所述平坦型ASE宽带光源经由光纤环形器进入光纤F
‑
P腔传感器产生反射光，所述光纤F
‑
P腔传感器产生的反射光经由光纤环形器输入至密集波分复用器，所述密集波分复用器将接收到的反射光分解为四束不同波长的窄带光输入至光电探测器，所述光电探测器对四束不同波长的窄带光进行光电转换后输入至数据采集处理单元，所述数据采集处理单元对光电转换后四束不同波长的窄带光进行解调得到光纤F
‑
P腔传感器的腔长变化量，其中，所述腔长变化量用于反应外界待测环境的变化，根据所述腔长变化量反应外界待测环境的变化。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述光纤F
‑
P腔传感器的腔长变化量公式为：
[0010][0011]其中，φ
i
为第i路窄带光波长对应的相位；λ
i
为第i路窄带光波长；I1、I2、I3和I4为四束不同波长的窄带光波长对应的光强度；m为整数；n为光纤F
‑
P腔传感器腔内空气的折射率；L
d
为光纤F
‑
P腔传感器的实时腔长，L表示F
‑
P腔传感器的初始腔长；ΔL为光纤F
‑
P腔传感器的腔长变化量。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述平坦型ASE宽带光源采用C波段光纤放大自发辐射光源。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述光电探测器为具有光纤输入接口、直流耦合的光电探测器。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述光电探测器对四束不同波长的窄带光进行光电转换后输出的四路电压幅值相等。
[0015]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种相位正交四波长光纤F
‑
P腔传感器解调方法，采用如上述相位正交四波长光纤F
‑
P腔传感器解调系统侦测外界待测环境的变化，包括：
[0016]获取光纤F
‑
P腔传感器的干涉光谱；
[0017]根据所述干涉光谱计算光纤F
‑
P腔传感器的初始腔长；
[0018]光源进入光纤F
‑
P腔传感器产生反射光，将所述反射光分解为四束窄带光，再对四束窄带光进行光电转换；
[0019]根据相邻波长相位正交关系，确定光电转换后四束窄带光的波长；
[0020]根据所述光纤F
‑
P腔传感器的初始腔长和光电转换后四束窄带光的波长，计算四束窄带光波长对应的相位；
[0021]根据所述四束窄带光波长对应的相位，计算四束窄带光波长对应的光强度；
[0022]根据所述四束窄带光波长对应的光强度，计算光纤F
‑
P腔传感器的腔长变化量。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，根据所述干涉光谱计算光纤F
‑
P腔传感器的初始腔长L，公式为：
[0024][0025]其中，n为光纤F
‑
P腔传感器腔内空气的折射率，L为光纤F
‑
P腔传感器的初始腔长，λ
x
和λ
y
为光纤F
‑
P腔传感器的干涉光谱中任意相邻波峰对应的中心波长。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述确定光电转换后四束窄带光的波长，公式为：
[0027][0028]其中，k为第二整数，λ1、λ2、λ3和λ4为四束不同波长的窄带光的波长，φ1、φ2、φ3和φ4为四束不同波长的窄带光的波长λ1、λ2、λ3和λ4对应的相位，L表示光纤F
‑
P腔传感器的初始腔长，n为光纤F
‑
P腔传感器腔内空气的折射率。
[0029]在本专利技术的一个实施例中，所述根据所述四束窄带光波长对应的相位，计算四束窄带光波长对应的光强度，公式为：
[0030][0031]其中，A为干涉光谱的直流分量，B为干涉光谱的对比度；φ
i
为第i路窄带光波长对应的相位；φ0为第i路窄带光波长对应的初始相位；n为光纤F
‑
P腔传感器腔内空气的折射率；L为F
‑
P腔传感器的初始腔长。
[0032]在本专利技术的一个实施例中，所述根据所述四束窄带光波长对应的光强度，计算光纤F
‑
P腔传感器的腔长变化量，公式为：
[0033][0034]其中，φ
i
为第i路窄带光波长对应的相位；λ
i
为第i路窄带光波长；I1、I2、I3和I4为四束不同波长的窄带光波长对应的光强度；m为整数；n为光纤F
‑
P腔传感器腔内空气的折射率；L
d
为光纤F
‑
P腔传感器的实时腔长，L表示F
‑
P腔传感器的初始腔长；ΔL为光纤F
‑
P腔传感器的腔长变化量。
[0035]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0036]本专利技术与传统单波长、双波长、三波长相比可解调腔长的动态范围更大；
[0037]本专利技术采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相位正交四波长光纤F
‑
P腔传感器解调系统，其特征在于：包括平坦型ASE宽带光源(1)、光纤环形器(2)、密集波分复用器(3)、光电探测器(4)和数据采集处理单元(5)；所述平坦型ASE宽带光源(1)和光纤环形器(2)连接，所述光纤环形器(2)和密集波分复用器(3)连接，所述密集波分复用器(3)和光电探测器(4)连接，所述光电探测器(4)和数据采集处理单元(5)连接；所述光纤环形器(2)用于光信号的传输，来自所述平坦型ASE宽带光源(1)经由光纤环形器(2)进入光纤F
‑
P腔传感器(6)产生反射光，所述光纤F
‑
P腔传感器(6)产生的反射光经由光纤环形器(2)输入至密集波分复用器(3)，所述密集波分复用器(3)将接收到的反射光分解为四束不同波长的窄带光输入至光电探测器(4)，所述光电探测器(4)对四束不同波长的窄带光进行光电转换后输入至数据采集处理单元(5)，所述数据采集处理单元(5)对光电转换后四束不同波长的窄带光进行解调得到光纤F
‑
P腔传感器(6)的腔长变化量，根据所述腔长变化量反应外界待测环境的变化。2.根据权利要求1所述的相位正交四波长光纤F
‑
P腔传感器解调系统，其特征在于：所述光纤F
‑
P腔传感器(6)的腔长变化量公式为：其中，φ
i
为第i路窄带光波长对应的相位；λ
i
为第i路窄带光波长；I1、I2、I3和I4为四束不同波长的窄带光波长对应的光强度；m为第一整数；n为光纤F
‑
P腔传感器腔内空气的折射率；L
d
为光纤F
‑
P腔传感器的实时腔长，L表示F
‑
P腔传感器的初始腔长；ΔL为光纤F
‑
P腔传感器的腔长变化量。3.根据权利要求1所述的相位正交四波长光纤F
‑
P腔传感器解调系统，其特征在于：所述平坦型ASE宽带光源(1)采用C波段光纤放大自发辐射光源。4.根据权利要求1所述的相位正交四波长光纤F
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P腔传感器解调系统，其特征在于：所述光电探测器(4)为具有光纤输入接口、直流耦合的光电探测器。5.根据权利要求1所述的相位正交四波长光纤F
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P腔传感器解调系统，其特征在于：所述光电探测器(4)对四束不同波长的窄带光进行光电转换后输出的四路电压幅值相等。6.一种相位正交四波长光纤F
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P腔传感器解调方法，采用如权利要求1
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5中任一所述相位正交四波长光纤F
‑
P腔传感器解调系统侦测外界待测环境的变化，包括：获取光纤F
‑
P腔传感器(6)的干涉光谱；根据所述干涉光谱计算光纤F
‑
P腔传感器(6)的初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠玲，翁蓓蓓，黄怿，邓传鲁，胡程勇，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：