一种基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置，包括激光器，声光移频器，处于待测信号所在空间的敏感臂光纤和参考臂光纤，光纤耦合器，光电探测器，带通滤波器，放大器，功分器以及频率监测部分，通过声光移频器与功分器构成光电谐振的闭环谐振环路，并利用频率监测部分监测闭环谐振环路中的电信号频率从而获得对应的振动信号。本发明专利技术还提供了一种光电谐振式振动测量方法。本发明专利技术提供的装置无需执行偏振操作从而保证数据的完整性，同时也能保证检测的准确性。时也能保证检测的准确性。时也能保证检测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置及方法


[0001]本专利技术属于光纤传感系统
，尤其涉及一种基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置及方法。

技术介绍

[0002]振动传感技术目前在国防安全，航空航天，基础工程，能源勘测，安全检测等领域都有广泛的应用。传统振动光纤传感技术是通过测量待测振动信号引起的光信号的波长漂移或者功率变化测到振动信息。其中光谱分析仪是最为常用的光信号分析仪器，它的优点是操作简单，可以直接获得传感器的频谱响应，缺点是测量精度和测量速度受限，造价昂贵。利用边缘滤波器进行振动测量是另外一种方案，其优点是可以将波长变化转换成光功率的变化，测量速度快，缺点是传感精度较低且易受光源功率抖动等因素影响引入测量误差。因此，如何提高振动传感的精度与测量速度仍然是一个备受关注的问题。
[0003]光电谐振传感技术是近年来备受关注的新兴传感技术，它可以将低精度的光波长漂移和光功率变化转化为高精度的电信号频率变化，结合精密测量仪器和精细信号处理技术，可显著提高传感系统的传感精度和测量速度。光电振荡器就是其中一种较为广泛应用于振动传感中的光电谐振技术，但其输出的微波信号一般在GHz量级，其频率变化的检测成本较高。
[0004]专利文献CN107084713B公开了一种基于光电振荡器的角速度测量方法和装置，该装置包括：光源、第一偏振控制器、电光调制器、Sagnac干涉仪、光电探测器，带通滤波器、微波放大器和功分器，Sagnac干涉仪包括：光环形器、第二偏振控制器、光分束器、Sagnac环、旋转台、偏振器.测量出所述Sagnac环静止时所述功分器输出的振荡信号的频率fosc。测量出所述Sagnac环以角速度Ω进行旋转时所述功分器输出的振荡信号的频率f
′
osc，根据fosc、f
′
osc和光电振荡器的环路的参数，计算出所述角速度Ω。该方法需要对数据进行偏振处理，但是如果引入偏振矫正就容易出现噪声从而影响最终的结果。
[0005]专利文献CN115508859A公开了一种基于单平衡探测器的激光三维成像方法及系统，方法包括S100：主控及显示单元输出触发信号，线性调频脉冲激光单元发射窄线宽连续激光，经光纤移频器调制后成为线性调频连续激光；S200：光纤分束器将线性调频激光分为信号光与本振光，信号光经过线性调频脉冲激光单元的声光调制器调制后成为线性调频脉冲激光，本振光输入到光纤延时线中；S300：线性调频脉冲光经过线性调频脉冲激光单元输入到光开关，S400：经过线性调频脉冲激光单元的光纤起偏器检偏后经光纤环形器输入到所述光纤耦合器中；S500：本振光与目标回波激光在所述光纤耦合器中干涉，S600：获得高分辨率三维成像。该方法需要对信号进行偏振处理，会导致最终结果存在大量噪声。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置，该装置无需执行偏振操作从而保证数据的完整性，同时也能保证检测的准确性。
[0007]一种基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置，包括激光器，声光移频器，处于待测信号所在空间的敏感臂光纤和参考臂光纤，光纤耦合器，光电探测器，带通滤波器，放大器，功分器以及频率监测部分；
[0008]所述激光器，用于产生光载波信号，所述光载波信号由声光移频器的光输入端接收；
[0009]所述声光移频器包括光输入端，调制端以及两个并行的光输出端，两个所述光输出端分别输出光载波信号和通过声光移频器生成的光移频信号；
[0010]所述敏感臂光纤和所述参考参考臂光纤的输入端分别与声光移频器的两个光输出端连通，所述敏感臂光纤用于为输入的光载波信号或光移频信号附加待测信号后输出至光耦合器，所述参考臂光纤用于输入的光载波信号或光移频信号直接通过并输出至光耦合器；
[0011]所述光耦合器，用于耦合由敏感臂光纤和参考臂光纤输出结果，获得带有待测信号的耦合光信号；
[0012]所述光电探测器的光输入端与光耦合器的输出端连通，用于将输入的耦合光信号转换为电信号；
[0013]沿所述电信号的传递方向，与所述光电探测器依次连通有带通滤波器，放大器以及功分器；
[0014]所述功分器包括用于接收电信号的输入端，以及第一输出端和第二输出端，通过所述第一输出端与声光移频器的调制端连通构成光电谐振的闭环谐振环路，通过所述第二输出端与频率监测部分连通监测所述闭环谐振环路中的电信号频率。
[0015]本专利技术通过引入声光移频器的方式，省去传统传感器中需要对光电信号进行偏振处理的过程，同时与功分器构建出闭环谐振环路，并利用频率监测部分监测闭环谐振环路中的电信号频率从而获得对应的振动信号，从而将监测的电信号量级降低至MHz量级，从而降低了传感器硬件要求。
[0016]具体的，所述声光移频器包括但不限于双路输出声光移频器。
[0017]具体的，所述敏感臂光纤对于振动信号敏感，并将振动信号附加至通过敏感臂光纤的光信号。
[0018]具体的，所述闭环谐振环路输出的电信号频率在MHz量级。
[0019]一种光电谐振式振动测量方法，所述光电谐振式振动测量方法通过上述的光电谐振式振动测量装置，包括：
[0020]步骤1、激光器产生光载波信号，将所述光载波信号传输给声光移频器；
[0021]步骤2、通过光电谐振环路输出的电信号加载到所述声光移频器的调制端，所述声光移频器对所述光载波信号进行调制，输出光载波信号f1和调制产生的光移频信号f2两种频率分量的光信号，且所述光信号的偏振态没有发生改变；
[0022]步骤3、所述光载波信号f1和所述光移频信号f2分别在敏感臂光纤和参考臂光纤中传输；
[0023]步骤4、所述光载波信号f1与所述光移频信号f2被光纤耦合器合并后输出耦合光信号，所述耦合光信号的相位与所述光载波信号f1与光移频信号f2的相位差成正比，因此耦合光信号的相位会被待测振动信号改变，该相位变化量与待测振动信号成正比；
[0024]步骤5、所述光纤耦合器输出的耦合光信号被光电探测器转换为电信号，经由带通滤波器与放大器滤波放大后输入至功分器，所述功分器将所述电信号分成两部分，一部分给到所述声光移频器调制端，形成光电谐振的闭环谐振环路，另一部分作为光电谐振输出的电信号，由频率监测部分对所述电信号的频率变化量进行检测，所述频率变化量与待测振动信号成正比，通过测量电信号的频率变化得到待测振动信号。
[0025]具体的，在步骤3中，所述传输的具体过程如下：
[0026]待测振动信号会改变所述敏感臂光纤中传输的光信号相位，所述光信号相位的变化量与待测振动信号成正比；
[0027]在所述参考臂光纤中传输的光信号相位不受待测振动信号影响。
[0028]具体的，在步骤4中，所述耦合光信号的相位变化量与待测振动信号成正比，其公式如下：
[0029][0030]ε＝asin(2πf0t)
[0031]式中，为相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置，其特征在于，包括激光器，声光移频器，处于待测信号所在空间的敏感臂光纤和参考臂光纤，光纤耦合器，光电探测器，带通滤波器，放大器，功分器以及频率监测部分；所述激光器，用于产生光载波信号，所述光载波信号由声光移频器的光输入端接收；所述声光移频器包括光输入端，调制端以及两个并行的光输出端，两个所述光输出端分别输出光载波信号和通过声光移频器生成的光移频信号；所述敏感臂光纤和所述参考臂光纤的输入端分别与声光移频器的两个光输出端连通，所述敏感臂光纤用于为输入的光载波信号或光移频信号附加待测信号后输出至光耦合器，所述参考臂光纤用于输入的光载波信号或光移频信号直接通过并输出至光耦合器；所述光耦合器，用于耦合由敏感臂光纤和参考臂光纤输出结果，获得带有待测信号的耦合光信号；所述光电探测器的光输入端与光耦合器的输出端相连，用于将输入的耦合光信号转换为电信号；沿所述电信号的传递方向，与所述光电探测器依次连通有带通滤波器，放大器以及功分器；所述功分器包括用于接收电信号的输入端，以及第一输出端和第二输出端，通过所述第一输出端与声光移频器的调制端连通构成光电谐振的闭环谐振环路，通过所述第二输出端与频率监测部分连通监测所述闭环谐振环路中的电信号频率。2.根据权利要求1所述的基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置，其特征在于，所述声光移频器包括但不限于双路输出声光移频器。3.根据权利要求1所述的基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置，其特征在于，所述敏感臂光纤对振动信号敏感，并将振动信号附加至通过敏感臂光纤的光信号。4.根据权利要求1所述的基于声光移频器的光电谐振式振动测量装置，其特征在于，所述闭环谐振环路输出的电信号频率在MHz量级。5.一种光电谐振式振动测量方法，其特征在于，所述光电谐振式振动测量方法通过权利要求1～4任一项所述的光电谐振式振动测量装置实现，包括：步骤1、激光器产生光载波信号，将所述光载波信号传输给声光移频器；步骤2、通过光电谐振环路输出的电信号加载到所述声光移频器的调制端，所述声光移频器对所述光载波信号进行调制，输出光载波信号f1和调制产生的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文睿，舒清欣，白雪倩，徐博文，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：