专利名称：一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调系统及其解调方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅传感器解 调系统及其解调方法。
背景技术：
随着光纤光栅(FBG)传感器技术的发展越来越趋近于实际应用，解调技术已成为 FBG传感器的关键点。FBG传感系统基本原理是先将被测量的变化转化为光纤光栅中心波 长的微小变化，进而转化为解调系统中的相应量的变化，因此FBG传感器中解调装置的解 调精度直接影响着整个系统的检测精度。对于一个FBG传感系统必须考虑的几点要素系统的分辨率、灵敏度、动态范围、 是否易于复用、对信号的响应以及输出信号的易读性等。而目前的大部分FGB传感系统都 有各自的优缺点，都很难解决解调、复用，尤其是对突变信号的响应度不够理想等问题。
发明内容
本发明目的是提供一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调系统及其解调方法， 该系统是将FBG的微小波长变化转化为干涉仪中的相位变化进而利用基于反正切计算 (ARCTAN)的相位生成载波(PGC)相位信号解调。本发明解决问题采用的技术方案为一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调系， 该系统依次通过有超辐射发光二极管(SLD)或是自发辐射(ASE)宽谱光源、光隔离器、环形 器或耦合器、光纤光栅(FBG)，返回环形器或耦合器，然后通过耦合器，非平衡迈克尔逊干涉 仪两路、法拉第旋镜、返回干涉仪、耦合器或通过马赫曾德尔干涉仪两路、耦合器，其中干涉 仪一路缠绕在压电陶瓷器上或电光调制器、声光调制器，最后依次通过密集波分复用器、光 电探测器、基于ARCTAN的PGC信号响应解调�？榱�。一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调方法，组成步骤为1)超辐射发光二极管(SLD)或是自发辐射(ASE)光源发出的宽谱光信号，通过环 形器或耦合器传入传感光纤光栅；2)传感光纤光栅反射敏感了外界物理参量的窄带光信号到环形器或耦合器，然后 通过耦合器传入迈克尔逊干涉仪两路、法拉第旋镜、返回干涉仪、耦合器或传入马赫曾德尔 干涉仪两路、耦合器，其中干涉仪一路缠绕在压电陶瓷器上或电光调制器、声光调制器；3)最后经过密集波分复用器、光电探测器传入基于ARCTAN的PGC信号响应解调模 块，得出相位变化与外界物理参量的关系。本发明的效果和益处是采用了 FBG传感器与基于ARCTAN的PGC相位解调的结合， 系统具有高灵敏度、大动态范围、良好线性、易于复用、特别是由于采用了基于ARCTAN的 PGC相位解调方法使系统不受光强及可见度漂移因素的影响和对突变信号良好的响应，且 成本低易于实现。
图1是一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅传感器解调系统及其解调方法的系统 框图。图2是一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅传感器解调系统及其解调方法的另一 种结构的系统框图。图3是一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅传感器解调系统及其解调方法的基于 ARCTAN函数的PGC相位解调系统框图。图4是一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅传感器解调系统及其解调方法的 ARCTAN函数的值域扩展系统框图。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。如图1和图2所示，本发明采用覆盖1520-1560nm波长范围的普通宽谱光源。通 过环形器或耦合器传入传感光纤光栅，传感光纤光栅反射敏感了外界物理参量的窄带光信 号进入两臂光程差为d的非平衡迈克尔逊干涉仪或马赫曾德尔干涉仪。非平衡迈克尔逊干 涉仪或马赫曾德尔干涉仪将光纤光栅反射光信号的波长变化转化成相位变化的干涉信号。 波长变化导致的干涉信号相位变化，同时在光纤干涉仪的一路缠绕在压电陶瓷器件上，将 一定的载波电压信号加载到压电陶瓷上，通过压电陶瓷的电致伸缩效应导致光纤的长度发 生一定频率的周期性变化，光纤长度影响在其中传播光的相位或使用电光调制器声光调制 器，从而产生光纤干涉仪中的相位调制载波。携带相位变化的干涉信号返回耦合器，最后经 过密集波分复用器、光电探测器传入基于ARCTAN的PGC信号响应解调模块。如图3所示，本发明的解调方法是将干涉仪输出相位信号分为两路，一路生成一 倍频相位载波另一路生成二倍频载波，使输出信号分解为两个正交分量，然后将通过低通
滤波器的两项相除得到
权利要求
1.一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调系统，其特征在于该系统依次通过有超辐 射发光二极管(SLD)或是自发辐射(ASE)宽谱光源、光隔离器、环形器或耦合器、光纤光栅 (FBG)，返回环形器或耦合器，然后通过耦合器，非平衡迈克尔逊干涉仪两路，法拉第旋镜、 返回干涉仪、耦合器或通过马赫曾德尔干涉仪两路、耦合器，其中干涉仪一路缠绕在压电陶 瓷器上或电光调制器、声光调制器，最后依次通过密集波分复用器、光电探测器、基于反正 切(ARCTAN)的相位生成载波(PGC)信号响应解调�？榱樱玫叫藕攀涑�。
2.根据权利要求1所述的一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调方法，其特征在于 采用了 FBG传感器与基于ARCTAN的PGC相位解调的结合。
3.根据权利要求1所述的一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调方法，其特征在于 该方法的组成步骤为1)超辐射发光二极管(SLD)或是自发辐射(ASE)光源发出的宽谱光信号，通过环形器 或耦合器传入传感光纤光栅；2)传感光纤光栅反射敏感了外界物理参量的窄带光信号到环形器或耦合器，然后通过 耦合器传入迈克尔逊干涉仪两路、法拉第旋镜、返回干涉仪、耦合器或传入马赫曾德尔干涉 仪两路、耦合器，其中干涉仪一路缠绕在压电陶瓷器上或电光调制器、声光调制器；3)最后经过密集波分复用器、光电探测器传入基于ARCTAN的PGC信号响应解调�？椋� 得出相位变化与外界物理参量的关系。
4.根据权利要求3所述的一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调方法，其特征在于 所述的反正切函数计算将干涉仪输出相位信号分为两路，一路生成一倍频相位载波另一路 生成二倍频载波，使输出信号分解为两个正交分量，然后通过低通滤波器、除法器，反正切 计算、值域扩展、条纹计数、得出信号输出。
5.根据权利要求4所述的一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调方法，其特征在于 所述的值域扩展方法是将反正切运算的输出由跳跃检测模块检测两相邻时刻的Φ值之 差，利用检测的结果对Φ进行校正，最后通过高通滤波器得到在较大的信号和温漂范围内 得到无失真的相位信号解调输出。
全文摘要
一种基于非平衡干涉仪的光纤光栅解调系统及其解调方法，属于光纤传感技术领域。其特征在于该系统依次通过有超辐射发光二极管(SLD)或是自发辐射(ASE)宽谱光源、光隔离器、环形器或耦合器、光纤光栅，返回环形器或耦合器，然后通过耦合器，非平衡迈克尔逊干涉仪两路、法拉第旋镜、返回干涉仪、耦合器或通过马赫曾德尔干涉仪两路、耦合器，其中干涉仪一路缠绕在压电陶瓷器上或电光调制器、声光调制器，最后依次通过密集波分复用器、光电探测器、基于ARCTAN的PGC信号响应解调�？榱�。本发明的效果和益处是采用了FBG传感器与基于ARCTAN的PGC相位解调的结合，系统具有高灵敏度、大动态范围、良好线性、对突变信号良好的响应和易于复用，且成本低，易于实现。
文档编号G01D5/26GK102147552SQ20111006354
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者于奇, 彭伟, 荆振国 申请人:大连理工大学
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