專利名稱：干涉型光纖傳感器數(shù)字解調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
干涉型光纖傳感器數(shù)字解調(diào)裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及干涉型光纖傳感器的技術(shù)，特別涉及干涉型光纖傳感器的數(shù)字解調(diào)技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感器的研究受到廣泛重視。根據(jù)外界物理量(如溫度、壓力、位移、振動(dòng))對(duì)光子物理參數(shù)的調(diào)制原理不同，光纖傳感器分為光強(qiáng)調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制和波長(zhǎng)調(diào)制等幾種類型。其中相位調(diào)制光纖傳感器又稱為干涉型光纖傳感器， 是上述幾種類型中測(cè)量靈敏度最高、應(yīng)用最廣泛的一種。它利用干涉儀，將外界物理量對(duì)光相位調(diào)制信息，轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)度的調(diào)制信息；通過測(cè)量干涉光的強(qiáng)度變化，實(shí)現(xiàn)物理量的傳感。然而，由于光相位信息與光強(qiáng)之間的非線性關(guān)系，不能直接由光強(qiáng)測(cè)量值得光相位信息。又因?yàn)闇囟绕?、外界震?dòng)和光源的相位噪聲等因素的影響，干涉光強(qiáng)會(huì)隨機(jī)漲落。特別當(dāng)干涉儀工作在最不靈敏的區(qū)域時(shí)，信號(hào)會(huì)完全消隱，出現(xiàn)所謂的相位衰落現(xiàn)象。因此，實(shí)用的干涉型光纖傳感器必須采用信號(hào)解調(diào)技術(shù)，消除環(huán)境噪聲的影響，從干涉光的強(qiáng)度變化信息中，恢復(fù)外界物理量對(duì)光子相位的調(diào)制信息，從而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)物理量傳感。為使干涉型光纖傳感器避免出現(xiàn)相位衰落現(xiàn)象，中國(guó)專利“干涉型光纖傳感器及控制工作點(diǎn)的數(shù)字閉環(huán)方法”(申請(qǐng)?zhí)?00910077387. X)的技術(shù)手段是在干涉儀的兩干涉光波之間引入方波相位調(diào)制信號(hào)，使干涉儀的輸出信號(hào)由余弦響應(yīng)變?yōu)榉讲ㄕ`差信號(hào)，根據(jù)方波誤差信號(hào)生成補(bǔ)償相移，并將補(bǔ)償相移反饋至光路中，用于抵消相位漂移，使干涉儀穩(wěn)定在正交工作點(diǎn)。由于該技術(shù)需要采用一套復(fù)雜的時(shí)序電路、相位調(diào)制器、D/A轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動(dòng)器等器件組成一閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁瑣，過程復(fù)雜，不便組成傳感器陣列，難以做成多點(diǎn)式測(cè)量系統(tǒng)。中國(guó)專利“外差式相位干涉型光纖傳感器的正交解調(diào)裝置”(申請(qǐng)?zhí)?201010039599. 1)采用外差測(cè)量與光纖延遲線相結(jié)合的技術(shù)手段，在干涉儀的參考臂加入外差調(diào)制器，使參考臂產(chǎn)生頻移，兩臂形成頻差，從而使干涉儀的輸出包含頻差信號(hào)；將干涉光一分為二，一路光直接與一個(gè)光電探測(cè)器相連，另一路通過一個(gè)可調(diào)光纖延遲線后與另一個(gè)光電探測(cè)器相連；兩個(gè)光電探測(cè)器的輸出信號(hào)分別通過兩路獨(dú)立的混頻電路與外差
調(diào)制信號(hào)源做模擬下變頻后，當(dāng)可調(diào)光纖延遲線使該兩路光的相位差為f時(shí)，即可得到信
號(hào)的同相分量與正交分量；再通過一套復(fù)雜電路組成的模擬解調(diào)運(yùn)算系統(tǒng)，最后得到相位傳感信號(hào)。因此，該系統(tǒng)必須知道光源的準(zhǔn)確波長(zhǎng)，根據(jù)波長(zhǎng)值，才能控制可調(diào)光纖延遲線，
實(shí)現(xiàn)相位差為由于該系統(tǒng)大多采用模擬器件，實(shí)際操作過程中，因器件的差異性和穩(wěn)定
性，勢(shì)必造成信號(hào)解調(diào)的效果不佳。另該系統(tǒng)的外差測(cè)量中所用的光移頻調(diào)制器等部件，其價(jià)格昂貴，成本不菲。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實(shí)用新型提供了一種干涉型光纖傳感器數(shù)字解調(diào)裝置，其包括激光光源、干涉儀、光電探測(cè)器、模擬放大濾波電路、驅(qū)動(dòng)電路、微處理器，所述的干涉儀包括第一光纖耦合器、傳感光纖、補(bǔ)償光纖、光纖式相位調(diào)制器、第二光纖耦合器， 其傳感光纖構(gòu)成干涉儀的探測(cè)臂，補(bǔ)償光纖與相位調(diào)制器構(gòu)成干涉儀的參考臂，來自激光光源的光波，首先進(jìn)入第一光纖耦合器，被其分為兩路，一路光進(jìn)入傳感光纖，形成信號(hào)光， 另一路進(jìn)入補(bǔ)償光纖、相位調(diào)制器，形成參考光，所述的微處理器內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A，微處理器通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)該相位調(diào)制器，加以頻率為ω。的余弦載波驅(qū)動(dòng)電壓，使參考光的相位附加變化外=Mc cos(iyco，其中Mc為相位調(diào)制深度，由探測(cè)臂返回的信號(hào)光與由參考臂返回的參考光，又通過第二光纖耦合器，匯合在一起，因干涉效應(yīng)所形成的干涉光，被光電探測(cè)器接收，該光電探測(cè)器把干涉光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電信號(hào)包括傳感信號(hào)、載波的基頻及高次諧波信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)一個(gè)模擬放大濾波器后，該模擬信號(hào)I(t)通過測(cè)試端口對(duì)外輸出，同時(shí)，I(t)被送至微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/ D，進(jìn)行時(shí)間離散化抽樣，得到其數(shù)字信號(hào)序列I (IiTs)，η為正整數(shù)，并保存在微處理器的存儲(chǔ)單元RAM，微處理器通過運(yùn)行其各算法軟件模塊，對(duì)該數(shù)字信號(hào)序列I(IiTs)進(jìn)行處理計(jì)算，得到相位傳感信號(hào)，并通過微處理器的I/O 口，將相位傳感信息對(duì)外通信輸出。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述的干涉儀的參考臂中，采用一段補(bǔ)償光纖來增加參考臂的光纖長(zhǎng)度，以補(bǔ)償其與探測(cè)臂之間的光纖長(zhǎng)度差，使探測(cè)臂與參考臂光程盡量相等，保持平衡狀態(tài)，這樣可極大程度地減少噪聲，提高干涉儀的信噪比。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)所述干涉儀的相位調(diào)制器，加以頻率為Oe的余弦載波驅(qū)動(dòng)電壓，取載波頻率ω ^遠(yuǎn)高于傳感信號(hào)的頻率《sms 。這樣，有利于傳感信號(hào)與載波信號(hào)的區(qū)分，便于后續(xù)的數(shù)字下變頻處理。而供(0受外界物理量變化的影響，識(shí)(0 對(duì)時(shí)間變化率一般不高；當(dāng)載波頻率ω^選為幾十KHz時(shí)，樹0的信號(hào)頻率ω sm■，相對(duì)載波頻率ω。足夠小。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的模擬放大濾波器，由信號(hào)放大與低通濾波電路組成，除信號(hào)放大作用外，能保證其輸出信號(hào)I (t)不含載頻0^的10次以上諧波分量， 其目的進(jìn)一步限制I (t)的信號(hào)帶寬，為后續(xù)的離散化抽樣創(chuàng)造有利條件。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，對(duì)干涉光總強(qiáng)度信號(hào)，進(jìn)行采樣周期為Ts的時(shí)間離散化抽樣，其中采樣周期Ts，滿足
權(quán)利要求1.一種干涉型光纖傳感器數(shù)字解調(diào)裝置，其特征在于其包括激光光源、干涉儀、光電探測(cè)器、模擬放大濾波電路、驅(qū)動(dòng)電路、微處理器，所述的干涉儀包括第一光纖耦合器、傳感光纖、光纖式相位調(diào)制器、第二光纖耦合器，所述傳感光纖構(gòu)成干涉儀的探測(cè)臂，光纖式相位調(diào)制器構(gòu)成干涉儀的參考臂，來自激光光源的光波，首先進(jìn)入第一光纖耦合器，被其分為兩路，一路光進(jìn)入傳感光纖，形成信號(hào)光，另一路進(jìn)入光纖式相位調(diào)制器，形成參考光，所述的微處理器內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A，微處理器通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A、驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)所述光纖式相位調(diào)制器，加以頻率為的余弦載波驅(qū)動(dòng)電壓，使參考光的相位附加變化<Pc = Mc COS(C)cO，其中M。為相位調(diào)制深度，信號(hào)光與相位變化后的參考光，又通過第二光纖耦合器，匯合在一起，因干涉效應(yīng)所形成的干涉光，被光電探測(cè)器接收，該光電探測(cè)器把干涉光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)一個(gè)模擬放大濾波器后，該模擬信號(hào) I(t)通過測(cè)試端口對(duì)外輸出，同時(shí)，I (t)被送至微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，進(jìn)行時(shí)間離散化抽樣，得到其數(shù)字信號(hào)序列I(nTs)，η為正整數(shù)，并保存在微處理器的存儲(chǔ)單元RAM，微處理器通過運(yùn)行其各算法軟件模塊，對(duì)該數(shù)字信號(hào)序列I(IiTs)進(jìn)行處理計(jì)算，得到相位傳感信號(hào)，并通過微處理器的I/O 口，將相位傳感信息對(duì)外通信輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調(diào)裝置，其特征在于，所述干涉儀的參考臂中還包括補(bǔ)償光纖，補(bǔ)償光纖與光纖式相位調(diào)制器構(gòu)成干涉儀的參考臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調(diào)裝置，其特征在于，對(duì)相位調(diào)制器，加以頻率為ωe的余弦載波驅(qū)動(dòng)電壓，取載波頻率遠(yuǎn)高于傳感信號(hào)頻率ω· 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調(diào)裝置，其特征在于，所述的模擬放大濾波器，由信號(hào)放大與低通濾波電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調(diào)裝置，其特征在于所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，對(duì)干涉光總強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行采樣周期為Ts的時(shí)間離散化抽樣，其中采樣周期Ts， 兩足
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉型光纖傳感器數(shù)字解調(diào)裝置，其特征在于所述電信號(hào)包括傳感信號(hào)、載波的基頻及高次諧波信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種干涉型光纖傳感器的數(shù)字解調(diào)裝置，其包括激光光源、干涉儀、光電探測(cè)器、模擬濾波電路、驅(qū)動(dòng)電路及微處理器等模塊，干涉儀的探測(cè)臂、參考臂分別由傳感光纖、補(bǔ)償光纖與相位調(diào)制器構(gòu)成，對(duì)該相位調(diào)制器，加頻率為ωC的載波驅(qū)動(dòng)電壓，并用補(bǔ)償光纖來增加參考臂光纖長(zhǎng)度，以補(bǔ)償其與探測(cè)臂之間的光纖長(zhǎng)度差，使干涉儀處于平衡狀態(tài)，對(duì)干涉光總強(qiáng)度信號(hào)I(t)，進(jìn)行采樣周期為Ts的離散化抽樣，得其信號(hào)序列I(nTS)，將I(nTS)分別與頻率為2ωC的數(shù)字本振信號(hào)cos(2ωCnTS)、頻率為ωC的數(shù)字本振信號(hào)cos(ωCnTS)相乘，做數(shù)字下變頻，獨(dú)立得到傳感信號(hào)的同相分量II(nTS)、正交分量IQ(nTS)，再由II(nTS)、IQ(nTS)計(jì)算出傳感信號(hào)完成干涉型光纖傳感器的數(shù)字解調(diào)，相對(duì)模擬技術(shù)，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，機(jī)動(dòng)性與穩(wěn)定性更好。
文檔編號(hào)G02F2/00GK202267808SQ20112020996
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者張亦慧 申請(qǐng)人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院