[发明专利]基于扫频激光的光纤干涉仪臂长差测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于扫频激光的光纤干涉仪臂长差测量装置及方法，该装置包括：线性扫频激光器发出扫频激光；光纤分束器将扫频激光分为两路，分别进入气体腔光路和待测光纤干涉仪光路；气体腔光路对进入该气体腔光路的扫频激光进行选择性吸收，并产生气体吸收谱线。待测光纤干涉仪光路产生等频率间隔的拍频信号，并以此为频率基准，对气体腔光路的吸收谱线的电信号进行等频率间隔重采样。数据采集卡采集两个光路的电压信号；分析处理模块对采集气体腔光路和待测光纤干涉仪光路的电压信号进行处理分析，计算气体腔吸收光谱中每两个点之间对应的光频域上的频率间隔，根据该频率间隔计算时延，最后根据时延计算待测光纤干涉仪光路的臂长差。

技术领域

本发明涉及光纤传感器件测量，更具体而言，涉及一种光纤干涉仪臂长差的精准测量装置及测量方法。

背景技术

光纤干涉仪根据两臂臂长是否相等可分为平衡性和非平衡型干涉仪。光纤干涉仪的主要传感原理为被测信号作用于光纤干涉仪的一臂引起臂长的改变，导致光纤内的光波的相位发生变化,而位相的改变会导致干涉后的输出光强发生变化，检测输出光强的变化就可以得到待测信号的信息。因此，干涉仪的臂长差决定了传感器的性能与灵敏度，从而精确测量光纤干涉仪臂长差具有非常重要的意义。

目前，光纤干涉仪臂差测量方式种类繁多，主要基于干涉、时域脉冲或微波调制。干涉型测量方法微小臂差引起大相位变化，精度高、测量范围小；时域脉冲方法可以测量长距离，但精度下降或者受限了超窄脉冲激光器和高速采集卡；微波调制方法，测量精度高的同时测量范围也大，微波扫频源、高速探测器等使得其结构复杂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光纤干涉仪臂长差的精准测量装置及测量方法，测量精度高，一致性高，装置结构、测量方法简单，适用于非平衡干涉仪臂差的精准测量，特别是长距离臂长差的高精度测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于扫频激光的光纤干涉仪臂长差测量装置，该装置包括线性扫频激光器、光纤分束器、气体腔光路、待测光纤干涉仪光路、数据采集卡和分析处理模块：

所述线性扫频激光器，用于发出激光波长周期性线性变化的扫频激光；

所述光纤分束器，用于将扫频激光分为两路，分别进入气体腔光路和待测光纤干涉仪光路；

所述气体腔光路，用于对进入该气体腔光路的扫频激光进行选择性吸收，并产生气体吸收谱线。

所述待测光纤干涉仪光路，用于产生等频率间隔的拍频信号，并以此为频率基准，对气体腔光路的吸收谱线的电信号进行等频率间隔重采样。

所述数据采集卡，用于采集气体腔光路和待测光纤干涉仪光路的电压信号；

所述分析处理模块，用于对采集气体腔光路和待测光纤干涉仪光路的电压信号进行处理分析，计算气体腔吸收光谱中每两个点之间对应的光频域上的频率间隔，根据该频率间隔计算时延，最后根据时延计算待测光纤干涉仪光路的臂长差。

接上述技术方案，所述气体腔光路包括顺次连接的特定气体腔、第一光电探测器、放大滤波电路，所述特定气体腔与所述光纤分束器连接，所述放大滤波电路与所述数据采集卡连接。

接上述技术方案，所述待测光纤干涉仪光路包含光纤隔离器、待测光纤干涉仪、第二光电探测器；所述光纤隔离器的一端与所述光纤分束器连接，另一端与所述待测光纤干涉仪连接；所述第二光电探测器与所述数据采集卡连接；所述待测光纤干涉仪产生拍频光信号，并经过所述第二光电探测器转化成电压信号。

接上述技术方案，待测光纤干涉仪迈克尔逊光纤干涉仪或者马赫曾德光纤干涉仪。

接上述技术方案，所述气体腔光路为H¹³CN气体腔光路或者HF气体吸收腔光路。