[发明专利]一种光纤珐珀传感器高速解调系统和方法

权利要求书

1.一种光纤珐珀传感器高速解调系统，其特征在于，包括光源A、光源B、耦合器A、耦合器B、耦合器C、耦合器D、耦合器E、干涉仪A、干涉仪B、干涉仪C、干涉仪D、探测器和上位机；

所述光源A和光源B均由所述上位机控制；

所述光源A和光源B发出的光由所述耦合器A汇入到所述耦合器B，所述耦合器B的输出接光纤珐珀传感器，所述耦合器B的输出接所述耦合器C，所述耦合器C的两路输出分别接所述耦合器D和耦合器E；所述耦合器D的两路输出分别接所述干涉仪A和干涉仪B，所述耦合器E的两路输出分别接所述干涉仪C和干涉仪D；所述干涉仪A、干涉仪B、干涉仪C和干涉仪D的输出分别接一个所述探测器，4个所述探测器的输出信号传送给所述上位机进行解调处理；所述干涉仪A、干涉仪B、干涉仪C和干涉仪D均采用光学静态干涉仪；

该干涉仪包括设置在腔体内的光楔(2)和透镜(6)、以及设置在腔体壁上的入射接口(7)和出射接口(8)；

所述光楔(2)设置在一可移动拆卸的凹槽(1)中；

所述凹槽(1)的一侧装配有钢珠(4)和弹簧(5)，用于将装有所述光楔(2)的凹槽(1)定位，所述凹槽(1)的一侧装配有光学螺钉(3)，该光学螺钉(3)用于调节所述光楔(2)的位置；

入射光通过所述入射接口(7)进入所述干涉仪，入射到所述光楔(2)，所述光楔(2)的出射光进入所述透镜(6)，所述透镜(6)的出射光汇入所述出射接口(8)输出。

2.根据权利要求1所述的一种光纤珐珀传感器高速解调系统，其特征在于，还包括光源C；

所述光源C由所述上位机控制；

所述光源C接入所述耦合器B；所述光源C用于校正解调过程中随时间变化的参数。

3.根据权利要求1所述的一种光纤珐珀传感器高速解调系统，其特征在于，所述耦合器D和耦合器E的另一个输入分别接一个探测器，2个所述探测器的输出信号传送给所述上位机。

4.根据权利要求2所述的一种光纤珐珀传感器高速解调系统，其特征在于，所述光源A、光源B和光源C采用LED；

所述光源A的中心波长为850nm，所述光源B的中心波长为780nm，所述光源C的中心波长为830nm。

5.根据权利要求1所述的一种光纤珐珀传感器高速解调系统，其特征在于，所述耦合器A采用1×2耦合器，所述耦合器B采用2×2耦合器，所述耦合器C采用1×2耦合器，所述耦合器D采用2×2耦合器，所述耦合器E采用2×2耦合器。

6.根据权利要求1所述的一种光纤珐珀传感器高速解调系统，其特征在于，所述探测器采用Si PIN型光电二极管。

7.基于权利要求1-6任一项所述的一种光纤珐珀传感器高速解调系统的方法，其特征在于，包括：

控制光源A开启，获取干涉仪A和干涉仪B对应的探测器信号，并根据获取的信号得到相位与光纤传感器腔长之间的解调模型A；

控制光源B开启，获取干涉仪C和干涉仪D对应的探测器信号，并根据获取的信号得到相位与光纤传感器腔长之间的解调模型B；

对解调模型A和解调模型B进行处理，得到传感器腔长的绝对值；所述解调模型A表示为：

所述解调模型B表示为：

式中，为干涉仪A和干涉仪B对应的探测器所获取的信号的相位；为干涉仪C和干涉仪D对应的探测器所获取的信号的相位；Δd表示传感器腔长与干涉仪厚度之差；λ₀、λ₁分别为光源A、B的中心波长；n₀，n₁均为整数，其值分别取决于所位于的区间。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对解调模型A和解调模型B进行处理具体过程为：

将Δd的上下限分别代入所述解调模型A和解调模型B中，使相位和都处于(-π，π)范围内，此时可以求解得到n₀和n₁的取值范围；其中，-T/2＜Δd≤T/2；解调理论模型为周期性的，且周期为T：

将n₀和n₁可能取得的值两两组合，代入所述解调模型A和解调模型B中，列出多个方程组，直到有一组所求的Δd相等，即求得了Δd的绝对值，从而得到了光纤珐珀传感器腔长d_s的绝对值。