光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法及其装置的制作方法
专利名称：光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法 及其装置。
背景技术：
光纤传感器具有安全、不受电磁干扰、便于联网与远距离遥测、适于恶劣环境等一系列 优点，已逐渐成为新一代传感器的主流发展方向之一。
光纤干涉仪传感解调方案可分为强度解调和相位解调两大类。强度解调法由于易受外界 干扰不能用于高精度测量。相位解调可以获得高分辩率的腔长变化解调。目前，相位解调法 有条纹计数法、傅立叶强度谱法、白光干涉法等。条纹计数法易受条纹畸变影响从而影响精 度，且不能用于传感器的空间频率复用。傅立叶强度谱法用于受到光谱范围的影响分辨率有 限，解调短光程差干涉仪时分辨率低。白光干涉法可以用于精度较高的光程解调，硬件法解 调成本较高；软件法运算速度较低，对短腔长珐珀腔解调分辨率有待提高。
发明内容
本发明所要解决的技术方案是提供一种光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，该方法 可以大大降低对干涉仪传感器光谱采样分辩率的要求，避免了传统基于光谱解调方法成本高 的缺点，同时又具有很高的解调分辨率。
本发明还要提供上述方法的解调装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，该 方法包括以下步骤1)探测光纤干涉仪传感器的光谱；2)将探测到的光谱送到计算机中进 行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱。3)从幅度谱得 到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱 可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。
本发明的有益效果是本发明通过监测光纤干涉传感器光谱频谱变换后中心频点处对应 相位谱上相位的变化，得到干涉传感器的光程差变化，根据采样定律，得到相位谱所需光谱 采样点数较少，可以大大降低对光谱探测装置的要求，从而降低解调成本；与传统探测强度 频谱中心频率变化相比，相位谱上传感器中心频点对光程差很敏感，具有很高灵敏度或分辨 率；通过监测固定频点相位大小的方法耗时少，因而装置具有很好的动态响应能力。
图l是本发明的解调装置的结构示意图。 图2是本发明的另一种解调装置的结构示意图。 图3是本发明的光纤干涉传感器的光谱图。 图4是本发明的光谱进行频谱变换后的幅度谱和相位谱。
具体实施例方式
本发明的解调方法是1)探测光纤干涉仪传感器的光谱。可以有两种方法探测光纤干 涉仪的光谱第一种是将宽带光源或多波长光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入 光纤干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器 或环形器的另一端，再进入光谱探测装置中，得到光纤干涉仪传感器的光谱；第二种是将波 长可调谐光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入光纤干涉仪传感器中，通过光纤干 涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器或环形器的另一端，再进入光电探 测器中，得到光纤干涉仪传感器的光谱。2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频 谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱。3)从幅度谱得到光纤干涉仪 传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到 光纤干涉传感器的光程变化。
如图1所示，本发明的装置包括宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪 传感器、光谱探测装置和计算机，按光路依次为宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器 、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光谱探测装置连接，所述光谱探测装置与计算 机连接。
如图2所示，本发明的另一种装置包括波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪 传感器、光电探测器和计算机，按光路依次为波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干 涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光电探测器连接，所述光电探测器与计算机连接。
上述从光纤干涉仪传感器的反射光信号被光谱探测装置探测到，如图3所示，将图3所得 到的光谱图进行傅立叶变化后得到图4所示的幅度谱和相位谱，从强度谱上找到光纤干涉仪 传感器的中心频点A，对应于中心频点A处相位谱上的相位P，通过监测相位P的变化即可得到 传感器在外界参量作用下的光程变化，从而实现传感。
本发明通过监测光纤干涉仪传感器中心频点处相位谱上该频点处相位的变化，完全不同 于传统的监测传感器强度谱中心频点变化的方法。
上述光纤干涉仪传感器可以是珐珀干涉仪、迈克尔逊干涉仪、环形腔干涉仪或马赫曾德干涉仪等，其中迈克尔逊干涉仪利用其反射光信号，马赫曾德干涉仪利用其透射光信号，珐 珀干涉仪和环形腔干涉仪利用其反射光信号或透射光信号。
权利要求
1.光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)探测光纤干涉仪传感器的光谱；2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱。3)从幅度谱得到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。
2 如权利要求l所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特 征在于，所述步骤l)是将宽带光源或多波长光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打 入光纤干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合 器或环形器的另一端，再进入光谱探测装置中，得到光纤干涉仪传感器的光谱。
3 如权利要求l所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特 征在于，所述步骤l)是将波长可调谐光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入光纤 干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器或环 形器的另一端，再进入光电探测器中，得到光纤干涉仪传感器的光谱。
4 如权利要求l、 2或3所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法 ，其特征在于，所述光纤干涉仪传感器是珐珀干涉仪、迈克尔逊干涉仪、环形腔干涉仪或马 赫曾德干涉仪，其中迈克尔逊干涉仪利用其反射光信号，马赫曾德干涉仪利用其透射光信号 ，珐珀干涉仪和环形腔干涉仪利用其反射光信号或透射光信号。
5 光纤干涉仪传感器光程变化的解调装置，其特征在于，包括宽带 光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器、光谱探测装置和计算机，按光路 依次为宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形 器与光谱探测装置连接，所述光谱探测装置与计算机连接。
6 光纤干涉仪传感器光程变化的解调装置，其特征在于，包括波长 可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器、光电探测器和计算机，按光路依次为 波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光电探测器连接，所述光电探测器与计算机连接。
7.如权利要求5或6所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调装置， 其特征在于，所述光纤干涉仪传感器是珐珀干涉仪、迈克尔逊干涉仪、环形腔干涉仪或马赫 曾德干涉仪。
全文摘要
本发明提供一种光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，该方法包括以下步骤1)探测光纤干涉仪传感器的光谱；2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱；3)从幅度谱得到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。本发明通过监测光纤干涉传感器光谱频谱变换后中心频点处对应相位谱上相位的变化，得到干涉传感器的光程差变化，与传统探测强度频谱中心频率变化相比，相位谱上传感器中心频点对光程差很敏感，具有很高灵敏度或分辨率。
文档编号G01D5/353GK101586969SQ20091030440
公开日2009年11月25日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者冉曾令 申请人:电子科技大学
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法 及其装置。
背景技术：
光纤传感器具有安全、不受电磁干扰、便于联网与远距离遥测、适于恶劣环境等一系列 优点，已逐渐成为新一代传感器的主流发展方向之一。
光纤干涉仪传感解调方案可分为强度解调和相位解调两大类。强度解调法由于易受外界 干扰不能用于高精度测量。相位解调可以获得高分辩率的腔长变化解调。目前，相位解调法 有条纹计数法、傅立叶强度谱法、白光干涉法等。条纹计数法易受条纹畸变影响从而影响精 度，且不能用于传感器的空间频率复用。傅立叶强度谱法用于受到光谱范围的影响分辨率有 限，解调短光程差干涉仪时分辨率低。白光干涉法可以用于精度较高的光程解调，硬件法解 调成本较高；软件法运算速度较低，对短腔长珐珀腔解调分辨率有待提高。
发明内容
本发明所要解决的技术方案是提供一种光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，该方法 可以大大降低对干涉仪传感器光谱采样分辩率的要求，避免了传统基于光谱解调方法成本高 的缺点，同时又具有很高的解调分辨率。
本发明还要提供上述方法的解调装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，该 方法包括以下步骤1)探测光纤干涉仪传感器的光谱；2)将探测到的光谱送到计算机中进 行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱。3)从幅度谱得 到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱 可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。
本发明的有益效果是本发明通过监测光纤干涉传感器光谱频谱变换后中心频点处对应 相位谱上相位的变化，得到干涉传感器的光程差变化，根据采样定律，得到相位谱所需光谱 采样点数较少，可以大大降低对光谱探测装置的要求，从而降低解调成本；与传统探测强度 频谱中心频率变化相比，相位谱上传感器中心频点对光程差很敏感，具有很高灵敏度或分辨 率；通过监测固定频点相位大小的方法耗时少，因而装置具有很好的动态响应能力。
图l是本发明的解调装置的结构示意图。 图2是本发明的另一种解调装置的结构示意图。 图3是本发明的光纤干涉传感器的光谱图。 图4是本发明的光谱进行频谱变换后的幅度谱和相位谱。
具体实施例方式
本发明的解调方法是1)探测光纤干涉仪传感器的光谱。可以有两种方法探测光纤干 涉仪的光谱第一种是将宽带光源或多波长光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入 光纤干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器 或环形器的另一端，再进入光谱探测装置中，得到光纤干涉仪传感器的光谱；第二种是将波 长可调谐光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入光纤干涉仪传感器中，通过光纤干 涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器或环形器的另一端，再进入光电探 测器中，得到光纤干涉仪传感器的光谱。2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频 谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱。3)从幅度谱得到光纤干涉仪 传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到 光纤干涉传感器的光程变化。
如图1所示，本发明的装置包括宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪 传感器、光谱探测装置和计算机，按光路依次为宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器 、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光谱探测装置连接，所述光谱探测装置与计算 机连接。
如图2所示，本发明的另一种装置包括波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪 传感器、光电探测器和计算机，按光路依次为波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干 涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光电探测器连接，所述光电探测器与计算机连接。
上述从光纤干涉仪传感器的反射光信号被光谱探测装置探测到，如图3所示，将图3所得 到的光谱图进行傅立叶变化后得到图4所示的幅度谱和相位谱，从强度谱上找到光纤干涉仪 传感器的中心频点A，对应于中心频点A处相位谱上的相位P，通过监测相位P的变化即可得到 传感器在外界参量作用下的光程变化，从而实现传感。
本发明通过监测光纤干涉仪传感器中心频点处相位谱上该频点处相位的变化，完全不同 于传统的监测传感器强度谱中心频点变化的方法。
上述光纤干涉仪传感器可以是珐珀干涉仪、迈克尔逊干涉仪、环形腔干涉仪或马赫曾德干涉仪等，其中迈克尔逊干涉仪利用其反射光信号，马赫曾德干涉仪利用其透射光信号，珐 珀干涉仪和环形腔干涉仪利用其反射光信号或透射光信号。
权利要求
1.光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特征在于，该方法包括以下步骤1)探测光纤干涉仪传感器的光谱；2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱。3)从幅度谱得到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。
2 如权利要求l所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特 征在于，所述步骤l)是将宽带光源或多波长光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打 入光纤干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合 器或环形器的另一端，再进入光谱探测装置中，得到光纤干涉仪传感器的光谱。
3 如权利要求l所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，其特 征在于，所述步骤l)是将波长可调谐光源发出的光经过耦合器或环形器后，将光打入光纤 干涉仪传感器中，通过光纤干涉仪传感器的反射光信号或透射光信号再返回上述耦合器或环 形器的另一端，再进入光电探测器中，得到光纤干涉仪传感器的光谱。
4 如权利要求l、 2或3所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法 ，其特征在于，所述光纤干涉仪传感器是珐珀干涉仪、迈克尔逊干涉仪、环形腔干涉仪或马 赫曾德干涉仪，其中迈克尔逊干涉仪利用其反射光信号，马赫曾德干涉仪利用其透射光信号 ，珐珀干涉仪和环形腔干涉仪利用其反射光信号或透射光信号。
5 光纤干涉仪传感器光程变化的解调装置，其特征在于，包括宽带 光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器、光谱探测装置和计算机，按光路 依次为宽带光源或多波长光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形 器与光谱探测装置连接，所述光谱探测装置与计算机连接。
6 光纤干涉仪传感器光程变化的解调装置，其特征在于，包括波长 可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器、光电探测器和计算机，按光路依次为 波长可调谐光源、耦合器或环形器、光纤干涉仪传感器，所述耦合器或环形器与光电探测器连接，所述光电探测器与计算机连接。
7.如权利要求5或6所述的光纤干涉仪传感器光程变化的解调装置， 其特征在于，所述光纤干涉仪传感器是珐珀干涉仪、迈克尔逊干涉仪、环形腔干涉仪或马赫 曾德干涉仪。
全文摘要
本发明提供一种光纤干涉仪传感器光程变化的解调方法，该方法包括以下步骤1)探测光纤干涉仪传感器的光谱；2)将探测到的光谱送到计算机中进行傅立叶或Z频谱变换，得到光纤干涉仪传感器反射信号的幅度谱和相位谱；3)从幅度谱得到光纤干涉仪传感器的大致中心频率，然后固定该频率点监测该点相位的变化；通过相位谱可以换算得到光纤干涉传感器的光程变化。本发明通过监测光纤干涉传感器光谱频谱变换后中心频点处对应相位谱上相位的变化，得到干涉传感器的光程差变化，与传统探测强度频谱中心频率变化相比，相位谱上传感器中心频点对光程差很敏感，具有很高灵敏度或分辨率。
文档编号G01D5/353GK101586969SQ20091030440
公开日2009年11月25日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者冉曾令 申请人:电子科技大学
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