一种基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测系统及方法与流程
本发明属于信号检测，更具体地，涉及一种基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测系统及方法。
背景技术：
1、一方面，由于光纤传感具有体积小、质量轻、本质无源、抗电磁干扰等特点，因此在野外等环境恶劣的场合，光纤传感器具有巨大的吸引力与优势。另一方面，采用弹簧-振子结构进行加速度测量，本质上是把加速度信号的检测转换为敏感质量块的位移信号的测量。因此，结合光纤传感和弹簧-振子结构可以实现位移信号、加速度信号的检测。但是，现有采用光纤传感进行精密微位移测量时，光源本身不稳定的限制使得传统的光学位移检测手段难以在保持高精度的同时保持系统的简单。此外，环境随机噪声在高精度位移检测中也会造成很大干扰。如何有效抑制光源、光路以及环境共模噪声干扰，提高位移的检测精度，是本领域关注和需要解决的问题。
技术实现思路
1、本发明通过提供一种基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测系统及方法，解决现有技术中采用光纤传感进行位移检测的精度较低的问题。
2、本发明提供一种基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法，包括以下步骤：
3、步骤1、通过双路光纤法布里-珀罗干涉对同一质量块的位移信号进行差分测量，并将双路光信号通过耦合器进行耦合，得到总耦合干涉信号；
4、步骤2、对所述总耦合干涉信号进行快速傅里叶变换和滤波，提取得到双路法布里-珀罗干涉的位移信号，分别记为第一位移信号和第二位移信号；
5、步骤3、对所述第一位移信号和所述第二位移信号进行互相关处理，得到位移检测信息。
6、优选的，所述质量块的两侧端分别设置有第一反射面和第二反射面，所述耦合器采用2×2单模光纤耦合器；所述耦合器中的第一单模光纤用于接收来自光信号产生单元发出的光信号；所述耦合器中的第二单模光纤的光纤端面与所述第一反射面对应设置，且所述第二单模光纤的光纤端面与所述第一反射面之间留有间隙，形成第一空气腔；所述耦合器中的第三单模光纤的光纤端面与所述第二反射面对应设置，且所述第三单模光纤的光纤端面与所述第二反射面之间留有间隙，形成第二空气腔；所述耦合器中的第四单模光纤与信号处理单元连接。
7、优选的，在所述质量块的固定外框上粘附光纤卡槽，利用所述光纤卡槽对所述第二单模光纤和所述第三单模光纤进行固定和保护。
8、优选的，所述2×2单模光纤耦合器采用50：50的耦合比，所述总耦合干涉信号i表示为：
9、
10、其中，为经第二单模光纤的光纤端面反射的光信号，为经第三单模光纤的光纤端面反射的光信号，为经第二单模光纤出射并经第一反射面反射后再次进入第二单模光纤的光信号，为经第三单模光纤出射并经第二反射面反射后再次进入第三单模光纤的光信号，且满足，为光信号的强度；为与之间的光程差，为与之间的光程差，为与之间的光程差，为与之间的光程差，为与之间的光程差，为与之间的光程差。
11、优选的，各干涉相位满足：，，，，，；
12、其中，，为经过耦合器之后两臂光纤光程差对应的干涉相位；为第一位移信号对应的干涉相位，为第二位移信号对应的干涉相位；，为光传播常数；为光源的中心波长。
13、优选的，所述第一位移信号表示为：；所述第二位移信号表示为：；
14、对所述总耦合干涉信号进行快速傅里叶变换和滤波，得到和；
15、基于和，结合上述公式计算得到和。
16、优选的，所述基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法还包括：步骤4、根据所述位移检测信息计算得到加速度信息。
17、另一方面，本发明提供一种基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测系统，包括：光信号产生单元、耦合器和信号处理单元；所述基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测系统用于执行如上述的基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法中的步骤。
18、优选的，所述光信号产生单元包括宽带光源和脉冲调制组件；所述脉冲调制组件用于对所述宽带光源发出的光信号进行调制。
19、优选的，所述宽带光源采用1550nm平坦ase光源，所述脉冲调制组件包括依次连接的fpga脉冲生成器、脉冲驱动器和电光调制器，所述信号处理单元包括解调仪和计算机，所述计算机分别与所述fpga脉冲生成器、所述解调仪连接。
20、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
21、本发明首先通过双路光纤法布里-珀罗干涉对同一质量块的位移信号进行差分测量，并将双路光信号通过耦合器进行耦合，得到总耦合干涉信号；然后对总耦合干涉信号进行快速傅里叶变换和滤波，提取得到双路法布里-珀罗干涉的位移信号，分别记为第一位移信号和第二位移信号；最后对第一位移信号和第二位移信号进行互相关处理，得到位移检测信息。本发明通过对双路干涉数据进行互相关处理，能有效抗光源波动、插入损耗，更关键的是可以有效抑制被测量变化导致的光路低频振动干扰，即，本发明可以有效抑制光源、光路以及环境共模噪声干扰，能够实现对微弱位移信号高精度、高稳定性的测量，同时还能够保持检测系统的简单。
技术特征：
1.一种基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法，其特征在于，所述质量块的两侧端分别设置有第一反射面和第二反射面，所述耦合器采用2×2单模光纤耦合器；所述耦合器中的第一单模光纤用于接收来自光信号产生单元发出的光信号；所述耦合器中的第二单模光纤的光纤端面与所述第一反射面对应设置，且所述第二单模光纤的光纤端面与所述第一反射面之间留有间隙，形成第一空气腔；所述耦合器中的第三单模光纤的光纤端面与所述第二反射面对应设置，且所述第三单模光纤的光纤端面与所述第二反射面之间留有间隙，形成第二空气腔；所述耦合器中的第四单模光纤与信号处理单元连接。
3.根据权利要求2所述的基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法，其特征在于，在所述质量块的固定外框上粘附光纤卡槽，利用所述光纤卡槽对所述第二单模光纤和所述第三单模光纤进行固定和保护。
4.根据权利要求2所述的基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法，其特征在于，所述2×2单模光纤耦合器采用50：50的耦合比，所述总耦合干涉信号i表示为：
5.根据权利要求4所述的基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法，其特征在于，各干涉相位满足：，，，，，；
6.根据权利要求5所述的基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法，其特征在于，所述第一位移信号表示为：；所述第二位移信号表示为：；
7.根据权利要求1所述的基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测方法，其特征在于，还包括：步骤4、根据所述位移检测信息计算得到加速度信息。
8.一种基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测系统，其特征在于，包括：光信号产生单元、耦合器和信号处理单元；
9.根据权利要求8所述的基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测系统，其特征在于，所述光信号产生单元包括宽带光源和脉冲调制组件；所述脉冲调制组件用于对所述宽带光源发出的光信号进行调制。
10.根据权利要求9所述的基于光纤双路法布里-珀罗干涉的检测系统，其特征在于，所述宽带光源采用1550nm平坦ase光源，所述脉冲调制组件包括依次连接的fpga脉冲生成器、脉冲驱动器和电光调制器，所述信号处理单元包括解调仪和计算机，所述计算机分别与所述fpga脉冲生成器、所述解调仪连接。
技术总结
本发明属于信号检测技术领域，公开了一种基于光纤双路法布里‑珀罗干涉的检测系统及方法。本发明首先通过双路光纤法布里‑珀罗干涉对同一质量块的位移信号进行差分测量，并将双路光信号通过耦合器进行耦合，得到总耦合干涉信号；然后对总耦合干涉信号进行快速傅里叶变换和滤波，提取得到双路法布里‑珀罗干涉的位移信号，分别记为第一位移信号和第二位移信号；最后对第一位移信号和第二位移信号进行互相关处理，得到位移检测信息。本发明可以有效抑制光源、光路以及环境共模噪声干扰，能够实现对微弱位移信号高精度、高稳定性的测量，同时还能够保持检测系统的简单。
技术研发人员：吕大娟,胡宸源,熊良明,陈巧,刘佳,刘同欣,曹高伟
受保护的技术使用者：长飞光纤光缆股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23