[发明专利]可调节动态范围的微分干涉仪及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及相位测量系统，具体是指一种可调节动态范围的微分干涉仪及测量方法。

背景技术

自1975年，白光干涉原理被提出并得到广泛应用；直至1983年，白光干涉原理首次在光纤传感技术中得到应用；并在1985至1989年，被广泛用于压力、温度和应变测量的研究中；自1990年后，随光纤白光测量技术持续发展，其优点被众多研究者认可。目前白光干涉技术可测量的物理量明显增多，例如：位移、压力、振动、应力、应变、湿度、温度等物理参量以及生化参量的绝对测量。

微分干涉仪是基于白光干涉原理制成的测量仪器，并在远距离测量和大范围区域监测领域(如电力传输线、油气管线监测)有广泛应用。微分干涉仪是基于干涉原理的时间相干性，通过使两路光的信号源送达时间不同，从而产生干涉信号。微分干涉仪具有的优点：1、提供了位移，温度，压力等多种绝对物理量的测量方法；2、采用低相干光源，系统抗干扰能力很强，结构简单成本低；3、无相位衰落，受环境扰动影响小；4、不受光源相干长度限制，实现大动态范围测量。

在实际测量振动信息时，为测量出振幅和频率，需对光电转换输出进行信号解调。较常见的解调法，有经典外差解调法，伪外差解调法、合成外差法和PGC(相位生成载波)解调技术，但以上解调法都需外加调制元件，从而使得测量装置的动态范围受调制频率限制。

微分干涉仪采用相位压缩原理，输出信号的相位量相比于实际相位变化量被压缩了许多倍，这样拓宽了输出的线性范围，同时降低了电路带宽的要求。但当被测信号频率高或相位变化量大时，干涉仪输出信号仍会超出线性范围。

综上所述，目前现有技术的微分干涉仪由于线性范围不可调使得对大振幅信号响应较差。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种线性范围可调从而对大振幅信号响应较好的一种可调节动态范围的微分干涉仪。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种可调节动态范围的微分干涉仪，包括ASE光源、光纤环形器、第一光纤耦合器、第一延迟光纤、第二延迟光纤、光开关、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第二光纤耦合器、法拉第旋转镜；所述第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器分别与第一光纤耦合器连接，所述光纤环形器串接在第二光电探测器与第一光纤耦合器连接的通路上，所述光纤环形器还与ASE光源连接，所述第一光纤耦合器还分别与第一延迟光纤、第二延迟光纤、第二光纤耦合器连接，所述第一延迟光纤、第二延迟光纤分别与光开关连接，所述光开关还与第二光纤耦合器连接，所述第二光纤耦合器与法拉第旋转镜相连，所述第一延迟光纤、第二延迟光纤长度不同。

根据上述方案可以看出本实用具有如下优点：

第一、本发明光学结构为马赫曾德和赛格纳克混合型微分干涉仪结合光开关与多段延迟光纤。

第二、所述ASE光源为宽带光源，使用宽带光源和单模光纤器件，结构简单成本低。

第三、所述第一光纤耦合器为3x3光纤耦合器，所述第二光纤耦合器为2x2光纤耦合器。3x3光纤耦合器将干涉光分为强度相同相位差互为2/3π的三路光，结合光纤环形器实现三路探测无源解调。2x2光纤耦合器分光比为50∶50。

第四、所述可调节动态范围的微分干涉仪使用光开关选择光路通过第一延迟光纤或者第二延迟光纤，进而改变光纤延迟线的长度，实现调节干涉仪测量的动态范围。

第五、所述可调节动态范围的微分干涉仪还包括用于调节光开关选通光路的单片机系统，所述光开关还与单片机系统相连。

第六、所述可调节动态范围的微分干涉仪还包括数据采集卡与计算机，所述第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器均通过数据线与数据采集卡输入端相连。信号通过数据采集卡实现模数转换后输入计算机，采用三路探测解调算法进行解调。

第七、使用三路探测的无源解调方法即可测量出振动信息，大幅增加对信号的可测量范围，同时信号解调不受电路带宽的限制。

本发明针对微分干涉仪由于线性范围不可调使得对大振幅信号响应较差这一技术问题，同时提出了该可调节动态范围的微分干涉仪的测量方法，现技术方案如下：

一种可调节动态范围的微分干涉仪操作方法，其具体步骤如下：

步骤一、安装信号源，将信号源串接在第二光纤耦合器与法拉第旋转镜连接的通路上；

步骤二、打开ASE光源，使ASE光源发出的光经第一光纤耦合器和第二光纤耦合器至法拉第旋转镜，法拉第旋转镜将光反射回第一光纤耦合器和第二光纤耦合器并分别进入第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器；