專利名稱：一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖傳感技術(shù)，具體是指一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本實(shí)用新型主要基于光學(xué)干涉原理。該光纖干涉系統(tǒng)是在同一光纖，即光學(xué)閉合回路中兩束沿正反方向傳播的來自同一激光源的光形成干涉。當(dāng)光學(xué)閉合回路受到外界擾動(dòng)時(shí)，沿正反方向傳播的光程將受到影響。盡管兩路光受到的影響是一樣的，這種影響到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間卻不一樣。探測(cè)器上測(cè)到的干涉光強(qiáng)將受到影響，從而引起相應(yīng)的變化響應(yīng)。以傳統(tǒng)的光學(xué)閉合回路干涉環(huán)為例，如圖I所示，激光器發(fā)出的光經(jīng)2x2耦合器分 順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過擾動(dòng)信號(hào)感應(yīng)光纖及2x2耦合器再匯合到探測(cè)器形成干涉信號(hào)。任何擾動(dòng)施加到光學(xué)閉合回路上，都會(huì)引起傳播光的相位的變化
中(/」，而這個(gè)變化到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間差由擾動(dòng)發(fā)生在光學(xué)閉合回路上的位置和光學(xué)閉合
回路的長(zhǎng)度決定。時(shí)間差越大，探測(cè)器探測(cè)到的干涉電流變化越大,〔 ) — F0(2 — 2 s(is{ΛΦ(I) 4- Φ0}} (I)上式中—Φ( — L:) — Φ( — LΛ，『I —警，^ J . L1 為光學(xué)閉合回路中擾動(dòng)點(diǎn)順時(shí)針方向到2x2耦合器的距離，i2為光學(xué)閉合回路中擾動(dòng)點(diǎn)逆時(shí)針方向到2x2耦合器的距離f為光在光纖中傳播的速度，Ie,為無干涉時(shí)探測(cè)器從耦合器的一個(gè)輸出端接受到的光強(qiáng)，少是初始相位差，2x2耦合器將帶來π的相差，但是光纖中的雙折射效應(yīng)也會(huì)影響到Ψι3。當(dāng)較小時(shí)，干涉光強(qiáng)的變化為[0007]M(L) 2/ η π(Φ0) ζ1Φ(0 - /,；1ποΗ(Φ )(4Ψ( }}2⑵由于2x2耦合器的特性，在不考慮光纖中的雙折射效應(yīng)時(shí)= π，上式右邊的
第一項(xiàng)消失，因此光學(xué)閉合回路中光纖干涉系統(tǒng)對(duì)微小擾動(dòng)的響應(yīng)是擾動(dòng)的平方，而不是線性響應(yīng)，較難觀測(cè)到干涉信號(hào)的變化。該光學(xué)閉合回路通常用單模光纖作傳感光纖，光纖中的雙折射效應(yīng)是不可避免
的，這種雙折射效應(yīng)將會(huì)影響少,3的值。光學(xué)閉合回路干涉環(huán)的這種特性使得其干涉信號(hào)的
強(qiáng)弱也受組成光學(xué)閉合回路的光纖中的雙折射效應(yīng)影響，會(huì)使光學(xué)閉合回路中的兩路相反方向的光經(jīng)歷不同的光程，盡管它們重新匯合后仍然有相同的偏振態(tài)。光纖中的雙折射效應(yīng)受安裝時(shí)光纖被扭曲曲率、溫度變化、施加于光纖上的壓力等因素的影響。所以既使相同的擾動(dòng)施加于同樣的兩個(gè)系統(tǒng)，觀察到的信號(hào)強(qiáng)弱也不會(huì)相同。同一個(gè)系統(tǒng)在不同的時(shí)間，如在白天和在晚上，溫差使得相同的擾動(dòng)也會(huì)測(cè)得不同強(qiáng)弱的信號(hào)。有時(shí)甚至觀察不到擾動(dòng)信號(hào)。這將使得系統(tǒng)不能穩(wěn)定可靠地工作。 上述問題，是所有應(yīng)用干涉原理的光纖系統(tǒng)都不可避免的問題；這些因素會(huì)造成光纖干涉信號(hào)不穩(wěn)定、信噪比變差、系統(tǒng)的漏報(bào)率及誤報(bào)率增高等一系列問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供多種測(cè)量光纖干涉信號(hào)的光電探測(cè)系統(tǒng)，它具有光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定、信噪比得到明顯改善的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的目的可以采用以下技術(shù)措施解決一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)，它包括光源、兩個(gè)光電探測(cè)器、耦合器、光纖、和數(shù)據(jù)采集與識(shí)別處理電路，光纖的兩端分別與耦合器的兩個(gè)同向端口相連接，光源經(jīng)耦合器，分順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過擾動(dòng)信號(hào)感應(yīng)光纖回到耦合器形成干涉信號(hào)，由兩個(gè)探測(cè)器接收。優(yōu)選的是，所述耦合器是多端口耦合器，至少有一邊的端口數(shù)大于2個(gè)，且每邊的端口數(shù)不少于2個(gè)，所述光纖為單模光纖。優(yōu)選的是，所述該光電系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)白光光源，兩個(gè)光電探測(cè)器，光源經(jīng)耦合器分順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過擾動(dòng)信號(hào)感應(yīng)光纖回到耦合器后兩路信號(hào)形成干涉信號(hào)，被兩個(gè)探測(cè)器接收。優(yōu)選的是，所述耦合器是3x3耦合器，3x3耦合器分束比均為I :1: I，所述光纖為
單模光纖。優(yōu)選的是，所述耦合器是3x2耦合器，3x2耦合器分束比均為1:1: I和I :1，所述光纖為單模光纖。優(yōu)選的是，所述耦合器是4x4耦合器，4x4耦合器分束比均為I :1: I :1，所述光纖為單模光纖。[0018]優(yōu)選的是，所述I禹合器是4x2 f禹合器,4x2 f禹合器分束比均為I :1: I: I和I :1，所述光纖為單模光纖。本實(shí)用新型的有益效果是(I)為了解決光纖中的雙折射現(xiàn)象帶來的信號(hào)不穩(wěn)的問題，本實(shí)用新型提供的一個(gè)方法是使用3x3，3x2, 4x4或4x2耦合器，代替常用的2x2耦合器。這一設(shè)計(jì)也適用于更多輸出端的均勻分配光強(qiáng)的耦合器，代替常用的2x2耦合器。系統(tǒng)通過檢測(cè)兩個(gè)探測(cè)器之間信號(hào)的相關(guān)性，可以有效地補(bǔ)償光纖干涉信號(hào)的穩(wěn)定性，使信噪比得到明顯改善。這一理論也適用于更多輸出端的耦合器。(2)本實(shí)用新型在光學(xué)閉合回路上同時(shí)輸入不同波長(zhǎng)的光，即輸入白光。因?yàn)樵摴鈱W(xué)閉合回路中的雙折射效應(yīng)也會(huì)給不同波長(zhǎng)的光帶來不同的相差；因此，對(duì)一種波長(zhǎng)的光
而言，公式(2)中的φ,3將會(huì)受光纖安裝時(shí)光纖的扭曲曲率、溫度變化、施加于光纖上的壓力
等因素的影響。雖然我們使用的耦合器避免了探測(cè)器測(cè)不到干涉光強(qiáng)變化的情況發(fā)生，但是這樣測(cè)到的干涉光強(qiáng)變化的幅度仍然受傳感光纖的雙折射效應(yīng)影響。在該光學(xué)閉合回路中同時(shí)輸入不同波長(zhǎng)的激光，即輸入白光，因?yàn)樵摴鈱W(xué)閉合回路中的干涉對(duì)相干長(zhǎng)度的要
求非常低，我們?nèi)匀荒苡^察到干涉現(xiàn)象，而對(duì)不同的波長(zhǎng)的光，公式(I) (2)中的少,3都不相
同，從而觀測(cè)到的是一種平均效應(yīng)，這使得觀察到的干涉強(qiáng)度的變化更加穩(wěn)定，受環(huán)境變化的影響更小。(3)本實(shí)用新型的測(cè)量可分為多個(gè)級(jí)別，分別適用于不同的噪音環(huán)境，用戶也可以調(diào)到適當(dāng)?shù)募?jí)別。

圖I是傳統(tǒng)的光學(xué)閉合回路光學(xué)干涉實(shí)施例圖；圖2是本實(shí)用新型一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)實(shí)施例一示意圖；附圖中各部件的標(biāo)記如下I、白光光源；2、稱合器；3、探測(cè)器；4、光纖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。實(shí)施例一如圖2所不,一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng),它包括白光光源(I)、兩個(gè)光電探測(cè)器(3)、3χ3耦合器(2)、傳感光纖(4)、以及數(shù)據(jù)采集與識(shí)別處理電路，光纖(4)的兩端分別與3x3耦合器(2)的兩個(gè)同向端口相連接，白光從白光光源(I)出來后到3x3耦合器(2)，由3x3耦合器(2)出來的光經(jīng)光纖(4)再回到3x3耦合器(2)，構(gòu)成一個(gè)光學(xué)閉合回路。所述3x3 f禹合器(2)分束比為I :1 :1，光纖(4)為通迅單模光纖。本實(shí)施方案中的3x3耦合器(2)也可由3x2， 4x4, 4x2耦合器，或更多端口的耦合器代替，這些耦合器應(yīng)能均勻分配任一通道輸入的光。本實(shí)用新型的測(cè)量光纖干涉信號(hào)的光電系統(tǒng)為了解決光纖中的雙折射現(xiàn)象帶來的信號(hào)不穩(wěn)的問題，本實(shí)用新型提供的一個(gè)方法是使用3x3耦合器，也可用3x2，4x4,4x2耦合器，或更多端口的耦合器，代替常用的2x2耦合器，而兩個(gè)光電探測(cè)器將接受3x3耦合器或4x4稱合器的兩個(gè)輸出腳的光信號(hào)。本實(shí)用新型的測(cè)量可分為多個(gè)級(jí)別，分別適用于不同的噪音環(huán)境，用戶也可以調(diào)到適當(dāng)?shù)募?jí)別。以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在 其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)，其特征在于該光電系統(tǒng)包括光源、兩個(gè)光電探測(cè)器、耦合器、光纖、和數(shù)據(jù)采集與識(shí)別處理電路，光纖的兩端分別與耦合器的兩個(gè)同向端口相連接，光源經(jīng)耦合器，分順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過擾動(dòng)信號(hào)感應(yīng)光纖回到耦合器形成干涉信號(hào)，由兩個(gè)探測(cè)器接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)，其特征在于所述耦合器是多端口耦合器，至少有一邊的端口數(shù)大于2個(gè)，且每邊的端口數(shù)不少于2個(gè)，所述光纖為單模光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)，其特征在于所述光電系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)白光光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)，其特征在于所述耦合器是3x3耦合器，3x3耦合器分束比均為I :1: 1，所述光纖為單模光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)，其特征在于所述耦合器是3x2耦合器，3x2耦合器分束比均為I :1: I和I :1，所述光纖為單模光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)，其特征在于所述耦合器是4x4耦合器，4x4耦合器分束比均為I :1: I: 1，所述光纖為單模光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)，其特征在于所述耦合器是4x2耦合器，4x2耦合器分束比均為I :1: I: I和1:1，所述光纖為單模光纖。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種改善光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定性的光電系統(tǒng)，本實(shí)用新型的方案包括光源、光纖、光纖耦合器、光電探測(cè)器和數(shù)據(jù)采集與識(shí)別處理電路等；光分順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向進(jìn)入光學(xué)閉合回路，經(jīng)過擾動(dòng)信號(hào)感應(yīng)光纖及耦合器形成干涉信號(hào)，由兩個(gè)探測(cè)器接收。本實(shí)用新型解決了光纖傳感器中，光纖中隨機(jī)產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象造成的干涉信號(hào)強(qiáng)度不夠和不穩(wěn)定的問題。通過上述方式，本實(shí)用新型能夠提供多種測(cè)量光纖干涉信號(hào)的光電探測(cè)系統(tǒng)，它具有光纖干涉信號(hào)穩(wěn)定、不受環(huán)境因素影響的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01D5/353GK202547665SQ201120535659
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者楊峰, 毛文進(jìn) 申請(qǐng)人:蘇州攀星光電科技有限公司