基于干涉型光纤传感器的相位解调系统及相位解调方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于干涉型光纤传感器的相位解调系统及解调方法，光源产生宽带光经过环形器后进入光纤传感器，宽带光在光纤传感器中发生干涉后经过环形器进入密集型波分复用器，在宽带光中筛选出波长间隔相同的三路窄带光，三路窄带光的干涉光强依次经过光电探测器和ADC数据采集卡以三路通道进行同时采样，通道间数据相位差为2π/3，FPGA核心板实现三路数字电压信号的相位信息解调。本发明专利技术提出一种新的相位解调方法，增强了解调效果，提高了解调音频指标，相比于强度解调，增加了解调效果的稳定性和可靠性，提高光纤传感器的批量实用化能力。化能力。化能力。

【技术实现步骤摘要】
基于干涉型光纤传感器的相位解调系统及相位解调方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，更具体地，涉及一种基于干涉型光纤传感器的相位解调系统及相位解调方法。

技术介绍

[0002]干涉型光纤传感器结合相干检测技术具有灵敏度高、可分布式复用等特点，是设计高灵敏度高性能光纤声波传感器及其阵列重要的研究方向之一。其中非本征光纤法布里
‑
珀罗(EFPI)传感器通过膜片和光纤端面构成反射型传感器结构，无需使用信号臂和参考臂，光路结构紧凑、体积小、质量轻、无源、抗电磁干扰能力强、耐高温和腐蚀、化学性质稳定等特点，被广泛应用在高压局部放电检测、喷气式飞机、工业燃气轮机压力检测、静态磁场的测量、井下压力检测等各个应用场景。在各个应用场景中，EFPI传感器通过对腔长变化量的解调，实现对外界压力、应力、振动、温度的测量。解调技术是光纤传感器在实际应用中的关键技术之一，目前基于Q点的强度解调具有解调速度快、结构简单、灵敏度高等特点，尤其对于小信号的检测非常有用，因此在高压变电设备局部放电、非接触式超声检测、微弱振动信号、工业应力波测量等领域具有应用潜力。
[0003]但是强度解调也存在不少的缺陷，第一是EFPI传感器的反射光谱会随着环境温度和湿度发生漂移，这就引起强度解调的线性静态工作点也发生移动，静态工作点从线性区移动到非线性区导致解调结果不稳定，甚至无法解调；第二是强度解调的动态范围小，当外界待测物理量的大小超过一定范围时，解调结果会出现严重的非线性失真；第三是强度解调对于光源的输出功率稳定性和光电探测器件的精确度要求较高，否则系统会引入过多的光学噪声和电学噪声。为改善强度解调的上述缺陷，现有较为成熟的强度解调技术，包括静态工作点控制法、自补偿法、正交解调法、三波长正交解调法。

技术实现思路

[0004]为克服强度解调技术中的技术缺陷，本专利技术提供一种基于干涉型光纤传感器的相位解调系统及相位解调方法。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于干涉型光纤传感器的相位解调系统，包括光学部分和电学部分，所述光学部分包括光源、环形器、密集型波分复用器和光纤传感器，所述电学部分包括光电探测器、ADC数据采集卡、FPGA处理器、DAC声卡和耳机；
[0006]光源产生宽带光经过环形器后进入光纤传感器，宽带光在所述光纤传感器中发生干涉后经过环形器进入所述密集型波分复用器，密集型波分复用器在宽带光中滤出波长间隔相同的三路窄带光，筛选完成的三路窄带光的干涉光强经过光电探测器转换成三路电压信号，三路电压信号经过ADC数据采集卡以三路通道进行同时采样，通道间数据相位差为2π/3，进行模数转换成为三路数字电压信号；FPGA核心板实现三路数字电压信号的相位信息解调，解调结果通过协议传输给DAC声卡，DAC声卡将数字音频信号转换成模拟音频信号，输出到耳机还原成人耳可听声音。
[0007]根据本专利技术的第二方面，提供一种相位解调方法，包括：
[0008]光源产生宽带光经过环形器后进入光纤传感器，宽带光在所述光纤传感器中发生干涉后经过环形器进入所述密集型波分复用器，密集型波分复用器在宽带光中滤出波长间隔相同的三路窄带光，筛选完成的三路窄带光的干涉光强经过光电探测器转换成三路电压信号，三路电压信号经过ADC数据采集卡以三路通道进行同时采样，通道间数据相位差为2π/3，进行模数转换成为三路数字电压信号；FPGA核心板实现三路数字电压信号的相位信息解调，解调结果通过协议传输给DAC声卡，DAC声卡将数字音频信号转换成模拟音频信号，输出到耳机还原成人耳可听声音。
[0009]本专利技术提供的一种基于干涉型光纤传感器的相位解调系统及相位解调方法，提出一种新的相位解调方法，增强了解调效果，提高了解调音频指标，相比于强度解调，增加了解调效果的稳定性和可靠性，提高光纤传感器的批量实用化能力。
附图说明
[0010]图1为本专利技术提供的一种基于干涉型光纤传感器的相位解调系统的结构示意图；
[0011]图2为三波长解调算法实现示意图。
[0012]附图中，各标号所代表的器件名称如下：
[0013]1、光源，2、环形器，3、光纤，4、密集型波分复用器，5、光电探测器，6、ADC数据采集卡，7、FPGA处理器，8、DAC声卡，9、耳机，10、光纤传感器。
具体实施方式
[0014]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0015]图1为本专利技术提供的一种基于干涉型光纤传感器的相位解调系统，该相位解调系统包括光学部分和电学部分，所述光学部分包括光源1、环形器2、密集型波分复用器4和光纤传感器10，环形器2和光纤传感器10通过光纤3连接，所述电学部分包括光电探测器5、ADC数据采集卡6、FPGA处理器7、DAC声卡8和耳机9。
[0016]其工作原理为：光源1产生宽带光经过环形器2后进入光纤传感器10，宽带光在所述光纤传感器10中发生干涉后经过环形器2进入所述密集型波分复用器4，密集型波分复用器4在宽带光中滤出波长间隔相同的三路窄带光，筛选完成的三路窄带光的干涉光强经过光电探测器5转换成三路电压信号，三路电压信号经过ADC数据采集卡6以三路通道进行同时采样，通道间数据相位差为2π/3，进行模数转换成为三路数字电压信号；FPGA处理器7实现三路数字电压信号的相位信息解调，解调结果通过协议传输给DAC声卡8，DAC声卡8将数字音频信号转换成模拟音频信号，输出到耳机9还原成人耳可听声音。
[0017]其中，相位信息的解调需要满足实现宽带光的干涉，密集型波分复用器4对光源1产生的宽带光筛选后产生三路中心波长不同、波长间隔相同的窄带光，通过测量光纤传感器10的自由光谱范围FSR，构建相邻波长之间的相位差为2π/3，满足对称解调法原理进行化简，解调出相位信息后，还原被测量的物理量。
[0018]作为实施例，通过光谱仪观察宽带光在所述光纤传感器10中发生干涉后的干涉光的光谱，测量所述光纤传感器10的自由光谱范围FSR；基于所述光纤传感器10的自由光谱范围FSR和三路窄带光的相邻波长之间的相位差2π/3，计算相邻波长之间的波长间隔；所述密集型波分复用器4根据相邻波长之间的波长间隔，在宽带光中筛选出波长间隔相同的三路窄带光。
[0019]可理解的是，根据所述光纤传感器10的初始腔长L和宽带光的入射波长λ计算所述光纤传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于干涉型光纤传感器的相位解调系统，其特征在于，包括光学部分和电学部分，所述光学部分包括光源、环形器、密集型波分复用器和光纤传感器，所述电学部分包括光电探测器、ADC数据采集卡、FPGA处理器、DAC声卡和耳机；光源产生宽带光经过环形器后进入光纤传感器，宽带光在所述光纤传感器中发生干涉后经过环形器进入所述密集型波分复用器，密集型波分复用器在宽带光中滤出波长间隔相同的三路窄带光，筛选完成的三路窄带光的干涉光强经过光电探测器转换成三路电压信号，三路电压信号经过ADC数据采集卡以三路通道进行同时采样，通道间数据相位差为2π/3，进行模数转换成为三路数字电压信号；FPGA核心板实现三路数字电压信号的相位信息解调，解调结果通过协议传输给DAC声卡，DAC声卡将数字音频信号转换成模拟音频信号，输出到耳机还原成人耳可听声音。2.根据权利要求1所述的基于干涉型光纤传感器的相位解调系统，其特征在于，通过光谱仪观察宽带光在所述光纤传感器中发生干涉后的干涉光的光谱，测量所述光纤传感器的自由光谱范围FSR；基于所述光纤传感器的自由光谱范围FSR和三路窄带光的相邻波长之间的相位差2π/3，计算相邻波长之间的波长间隔；所述密集型波分复用器根据相邻波长之间的波长间隔，在宽带光中筛选出波长间隔相同的三路窄带光。3.根据权利要求2所述的基于干涉型光纤传感器的相位解调系统，其特征在于，所述测量所述光纤传感器的自由光谱范围FSR，包括：根据所述光纤传感器的初始腔长L和宽带光的入射波长λ计算所述光纤传感器的自由光谱范围FSR：基于所述光纤传感器的自由光谱范围FSR和三路窄带光的相邻波长之间的相位差2π/3，计算相邻波长之间的波长间隔，包括：其中，为相邻波长之间的相位差，为2π/3，λ1为三路窄带光的第一路窄带光的波长，λ2为三路窄带光的第二路窄带光的波长，Δλ
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为相邻波长之间的波长间隔。4.根据权利要求1所述的基于干涉型光纤传感器的相位解调系统，其特征在于，所述光源为放大自发辐射光源，所述光纤传感器为双光束非本征法布里珀罗光纤干涉仪结构。5.根据权利要求4所述的基于干涉型光纤传感器的相位解调系统，其特征在于，所述光纤传感器包括削平的单模光纤端面和声敏薄膜构成的一个F
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P腔，通过F

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，曹巍，郭灿，褚文秀，李莎莎，
申请(专利权)人：杭州楚芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：