本實(shí)用新型具體涉及一種干涉型光纖傳感器輸出波長(zhǎng)快速解調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光纖傳感器作為一種越來越成熟的傳感器件而廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，相比于傳統(tǒng)傳感器，光纖傳感有著眾多不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。其中，基于干涉型的光纖傳感器是極其重要的一類光纖傳感器，得到人們的廣泛關(guān)注。干涉型光纖傳感器是利用在光纖中傳播的光的相位隨待測(cè)物理量變化的光學(xué)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理、生物或化學(xué)參量等進(jìn)行檢測(cè)的光纖傳感器。檢測(cè)傳感器輸出波長(zhǎng)的變化信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量。對(duì)于該類傳感器，其輸出波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)劣對(duì)正確獲取傳感器的輸出信息至關(guān)重要。解調(diào)系統(tǒng)的性能優(yōu)劣主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：①解調(diào)靈敏度。對(duì)波長(zhǎng)的解調(diào)靈敏度越高，系統(tǒng)的測(cè)量靈敏度就越高，反之則越低；②解調(diào)速度。當(dāng)被測(cè)量是快變信號(hào)時(shí)，要求系統(tǒng)對(duì)傳感器輸出波長(zhǎng)具有較高的解調(diào)速度，否則將無法準(zhǔn)確、及時(shí)地捕獲被測(cè)信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化信息。

目前，國內(nèi)外主要采用的解調(diào)方法分為兩大類：光譜分析法和光功率檢測(cè)法。光譜分析法主要采用光譜儀或者波長(zhǎng)可調(diào)諧濾波器等器件對(duì)傳感器的輸出光譜進(jìn)行掃描，獲取傳感器的輸出波長(zhǎng)信息。光譜分析法的優(yōu)點(diǎn)是解調(diào)靈敏度高，但該方法的解調(diào)速度較低(響應(yīng)速度一般為毫秒級(jí))，因此這種方法只適合于被測(cè)信號(hào)為低頻信號(hào)的情況，而無法獲取高頻信號(hào)信息。

光功率檢測(cè)法是利用受到外界物理量變化時(shí)干涉型光纖傳感器輸出光功率的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的解調(diào)，檢測(cè)輸出光功率的變化，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的有效解調(diào)。工程實(shí)踐中，可以選擇調(diào)諧輸入傳感器的窄帶光源的波長(zhǎng)，使其工作波長(zhǎng)位于輸出光譜線性變化區(qū)域，當(dāng)周期性干涉光譜隨著外界物理量的改變發(fā)生變化時(shí)，該工作波長(zhǎng)處的光功率隨之發(fā)生改變；也可以通過邊緣濾波器、非平衡馬赫-曾德干涉儀等器件將傳感器輸出波長(zhǎng)的變化轉(zhuǎn)化換為功率的變化。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是解調(diào)速度快，適用于對(duì)快變信號(hào)的測(cè)量。但是該方法測(cè)量范圍一般為干涉譜的線性區(qū)。此外光源波動(dòng)，系統(tǒng)噪聲，環(huán)境溫度變化等等都是影響系統(tǒng)穩(wěn)定工作的因素。

對(duì)于某一確定的干涉型光纖傳感器，其易受溫度、振動(dòng)等外界環(huán)境的影響而發(fā)生隨機(jī)的相位漂移，即所謂的相位衰弱現(xiàn)象，從而導(dǎo)致系統(tǒng)解調(diào)的靈敏度降低。所以，抗相位衰弱是干涉型光纖傳感器輸出波長(zhǎng)解調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用抗相位衰弱的解調(diào)方法包括3×3耦合器法、外差解調(diào)法、相位生成載波(PGC)調(diào)制解調(diào)法以及其它基于開環(huán)或者閉環(huán)控制系統(tǒng)控制工作點(diǎn)的解調(diào)法。這些方法大都需要增加額外光路或者電路，使得解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。例如，3×3耦合器法需在傳感器輸出后面加入3×3耦合器，需要進(jìn)行三路光信號(hào)采集和處理，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)當(dāng)前干涉型光纖傳感器輸出波長(zhǎng)解調(diào)中存在的光功率波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響大，測(cè)量范圍與解調(diào)速度難以同時(shí)提高等難題，本實(shí)用新型提供了一種干涉型光纖傳感器輸出波長(zhǎng)快速解調(diào)系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：

干涉型光纖傳感器輸出波長(zhǎng)快速解調(diào)系統(tǒng)，包括從左往右依次相連的飛秒激光器、干涉型光纖傳感器、耦合器、摻鉺光纖放大器、色散補(bǔ)償光纖、第一光電探測(cè)器和第一示波器，所述耦合器還通過第二光電探測(cè)器連接有第二示波器；飛秒激光器輸出的光信號(hào)，經(jīng)過干涉型光纖傳感器和耦合器后，分兩路輸出，一路進(jìn)入第一光電探測(cè)器輸出作為參考信號(hào)通過第一示波器進(jìn)行顯示；另外一路進(jìn)入摻鉺光纖放大器進(jìn)行功率放大后，進(jìn)入色散補(bǔ)償光纖進(jìn)行色散延時(shí)展開，然后通過第二光電探測(cè)器輸出至第二示波器進(jìn)行顯示，干涉光譜不同的光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的延時(shí)時(shí)間，波長(zhǎng)變化時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)域信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)變化；此時(shí)，通過示波器檢測(cè)光電探測(cè)器探測(cè)到時(shí)域的光功率變化，就可以得到對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)變化信息，從而檢測(cè)被測(cè)物理量的大小，實(shí)現(xiàn)干涉型光纖傳感器輸出波長(zhǎng)的快速有效解調(diào)?！肮庾V-時(shí)域”信息映射的精細(xì)度越高意味著光譜信息在對(duì)應(yīng)的時(shí)域中反映得越準(zhǔn)確、精細(xì)。因此，精細(xì)準(zhǔn)確的映射關(guān)系是準(zhǔn)確獲取傳感器輸出信息的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)干涉譜波長(zhǎng)變化時(shí)，相應(yīng)的時(shí)域信號(hào)的時(shí)間間隔會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的變化。假設(shè)示波器的時(shí)間分辨精度為50ps(20GHz采樣率)，色散系數(shù)為5.2ns/nm(40km的色散補(bǔ)償光纖)，那么此時(shí)的波長(zhǎng)分辨精度約為10pm。

作為優(yōu)選，所述飛秒激光器的光譜范圍1540～1580nm，輸出平均光功率30mW；重復(fù)頻率40MHz。

作為優(yōu)選，所述干涉型光纖傳感器的自由光譜范圍FSR小于飛秒激光器光譜范圍。

作為優(yōu)選，所述色散補(bǔ)償光纖的工作波長(zhǎng)覆蓋飛秒激光器光譜范圍，色散系數(shù)典型值為-130ps/nm·km；傳輸損耗典型值0.6dB/km。

相比現(xiàn)有的基于光譜分析技術(shù)的干涉型傳感器輸出波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，本實(shí)用新型有效克服了光譜掃描方法由于其極有限的掃描速度，難以快速獲取傳感器輸出波長(zhǎng)信息的技術(shù)缺陷，而是利用波長(zhǎng)-時(shí)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的解調(diào)，與光強(qiáng)無關(guān)，較好避免了光強(qiáng)波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響，波長(zhǎng)解調(diào)范圍寬，是一種實(shí)現(xiàn)光譜信息快速解調(diào)的實(shí)用新型。本實(shí)用新型提出的這種解調(diào)技術(shù)和系統(tǒng)同時(shí)兼具光譜分析法和光功率檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)，不僅光譜解調(diào)范圍寬，可以達(dá)干涉光譜的一個(gè)自由光譜范圍幾十nm，而且解調(diào)速度高，如果飛秒激光器產(chǎn)生光脈沖重復(fù)頻率為40MHz，因此根據(jù)示波器單次采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，系統(tǒng)解調(diào)速度為40MHz采用高速光電探測(cè)器可達(dá)到皮秒量級(jí)，可快速捕捉被測(cè)物理信號(hào)的變化，解決了當(dāng)前梳狀光譜解調(diào)技術(shù)中存在的測(cè)量范圍與測(cè)量速度相互矛盾、難以同時(shí)提高的問題。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

干涉型光纖傳感器輸出波長(zhǎng)快速解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括從左往右依次相連的飛秒激光器1、干涉型光纖傳感器2、耦合器3、摻鉺光纖放大器4、色散補(bǔ)償光纖5、第一光電探測(cè)器6和第一示波器7，所述耦合器3還通過第二光電探測(cè)器8連接有第二示波器9；飛秒激光器1輸出的光信號(hào)，經(jīng)過干涉型光纖傳感器2和耦合器3后，分兩路輸出，一路進(jìn)入第二光電探測(cè)器8輸出作為參考信號(hào)通過第二示波器9進(jìn)行顯示；另外一路進(jìn)入摻鉺光纖放大器4進(jìn)行功率放大后，進(jìn)入色散補(bǔ)償光纖5進(jìn)行色散延時(shí)展開，然后通過第一光電探測(cè)器6輸出至第一示波器7進(jìn)行顯示。

作為優(yōu)選，所述飛秒激光器的光譜范圍1540～1580nm，輸出平均光功率30mW；重復(fù)頻率40MHz。

所述干涉型光纖傳感器的自由光譜范圍FSR小于飛秒激光器光譜范圍。

所述色散補(bǔ)償光纖的工作波長(zhǎng)覆蓋飛秒激光器光譜范圍，色散系數(shù)典型值為-130ps/nm·km；傳輸損耗典型值0.6dB/km。

本具體實(shí)施使用時(shí)，首選打開飛秒激光器光源，根據(jù)不同的色散補(bǔ)償光纖長(zhǎng)度調(diào)節(jié)摻鉺光纖放大器放大倍數(shù)，待輸出穩(wěn)定后通過示波器或者信號(hào)處理及顯示系統(tǒng)記錄輸出信號(hào)；然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)算出波長(zhǎng)變化量，獲得被測(cè)物理量的大小。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。