專利名稱：一種實現(xiàn)光纖干涉儀傳感器復(fù)用的系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將光時域反射技術(shù)和3X3耦合器 解調(diào)法相結(jié)合實現(xiàn)光纖干涉儀傳感器復(fù)用的方法與傳感器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
干涉型光纖傳感器因其極高的靈敏度，目前已廣泛地應(yīng)用在水聲、應(yīng)變、磁場、電 流和加速度等物理量的測量上。其中作為光纖干涉儀的傳感器系統(tǒng)，解調(diào)是核心問題。目 前，光纖干涉儀的解調(diào)方法有相位載波法、白光干涉法、對稱3X 3耦合器解調(diào)法等，這些方 法各有特點(diǎn)。白光干涉法可以解調(diào)出傳感器的絕對光程差，而相位載波法和對稱3X3耦合 器解調(diào)法不能，只能跟蹤相位變化，但大多數(shù)場合只需要跟蹤相位即可。在跟蹤相位的解調(diào)方法中，對稱3X3耦合器解調(diào)方法的優(yōu)點(diǎn)在于光源無需調(diào)制， 干涉儀各光路間不需要光程差，干涉儀兩臂可以完全相等，電路可以工作在不同光功率下 而不影響解調(diào)結(jié)果。并且對于它的三路輸出，我們可以采用對稱解調(diào)方法解調(diào)出相位差。但 傳統(tǒng)的對稱3X3耦合器解調(diào)方法只能對一個干涉?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行解調(diào)，很難實現(xiàn)多干涉儀傳 感器系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是如何提供一種實現(xiàn)多光纖干涉儀傳感器復(fù)用的系統(tǒng)及 方法，該系統(tǒng)能用一套調(diào)解系統(tǒng)解調(diào)多個光纖干涉儀的相位。本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的提供一種實現(xiàn)多光纖干涉儀傳感器復(fù)用 的系統(tǒng)，其特征在于，依次包括激光光源1、2X1耦合器或環(huán)形器2、第一光電探測器4、第 二光電探測器5、第三光電探測器6和3X3耦合器3，所述激光光源1和第二光電探測器 5分別連接2 X 1耦合器或環(huán)形器2，2 X 1耦合器或環(huán)形器2連接3 X 3耦合器3，第一光電 探測器4和第三光電探測器5連接在3X3耦合器3的入射端，3X3耦合器3的出射端的
其中兩路分別串接光纖反射面，其中一路光纖反射面由反射面、反射面1~2......反射面
?。唤M成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反射面T' n組成，反射面1\和1^ ^
2...........！；和！1' n依次兩兩組合配對構(gòu)成一系列的串接邁克爾遜干涉儀
(Michelson干涉儀)，反射面之間構(gòu)成的干涉儀的光程差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于反射面到3X3耦合器3 的距離。一種實現(xiàn)多光纖干涉儀傳感器復(fù)用的方法，包括以下步驟①激光光源1產(chǎn)生的激光經(jīng)過調(diào)制產(chǎn)生激光脈沖，經(jīng)過2 X 1耦合器2或環(huán)形器入 射到3X3耦合器3;②所述3X3耦合器3的出射端的其中兩路串接一系列反射面，其中一路光纖反射
面由反射面、反射面1~2......反射面！；組成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反
射面T' n組成，反射面1\和1~' i、T2*T' 2......！；和！1' n依次兩兩組合配對構(gòu)成一系
列的串接邁克爾遜干涉儀，反射面之間構(gòu)成的干涉儀的光程差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于反射面到3X3耦合器3的距離；③將經(jīng)3X3耦合器3入射到串接邁克爾遜干涉儀的激光脈沖信號反射回到所述 3X3耦合器3的入射端；④連接在3X3耦合器3入射端或者2X 1耦合器2或環(huán)形器入射端的第一光電探 測器4、第二光電探測器5、第三光電探測器6探測經(jīng)步驟③反射回來的激光脈沖的時域光
信號；⑤根據(jù)步驟④的時域光信號，得到串接邁克爾遜干涉儀分別反射回來的激光脈沖 信號，根據(jù)3X3耦合器3路光信號存在120度的相位差，從而分別解調(diào)出每個干涉儀的獨(dú) 立相位。本發(fā)明的有益效果改變了原有3X3耦合器只能解調(diào)單個干涉儀的光程差的劣 勢，大大提升了干涉儀的復(fù)用能力，形成了一種多干涉儀傳感器系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)多光纖干涉儀傳感器復(fù)用的系統(tǒng)的邏輯框圖。其中，1、激光光源，2、2\1耦合器或環(huán)形器，3、3\3耦合器，4、第一光電探測器， 5、第二光電探測器，6、第三光電探測器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一激光經(jīng)過調(diào)制產(chǎn)生光脈沖，經(jīng)過耦合器或環(huán)形器 入射到一 3X3耦合器3，3X3耦合器3的出射端的其中兩路串接一系列的反射面，這兩路 的反射面依次與3X3耦合器的距離大致相等(距離差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于反射面到3X3耦合器的 距離)，這樣兩路光纖的反射面從而構(gòu)成一系列的串接Michelson干涉儀，這些干涉儀將脈 沖激光的信號反射回來返回到3X3耦合器的入射端，入射端接有三個光電探測器探測這 些干涉儀的反射的時域光信號，根據(jù)時域信號就可得到這些串接干涉儀分別反射回來的信 號，根據(jù)3X3耦合器3路光信號存在120度的相位差，從而可以分別解調(diào)出每個干涉儀的 獨(dú)立相位。具體地一種實現(xiàn)多光纖干涉儀傳感器復(fù)用的系統(tǒng)，依次包括激光光源1、2X1耦 合器或環(huán)形器2、第一光電探測器4、第二光電探測器5、第三光電探測器6和3X3耦合器 3，所述激光光源1和第二光電探測器5分別連接2X 1耦合器或環(huán)形器2，2X 1耦合器或環(huán) 形器2連接3 X 3耦合器3，第一光電探測器4和第三光電探測器5連接在3 X 3耦合器3的 入射端，3X3耦合器3的出射端的其中兩路分別串接光纖反射面，其中一路光纖反射面由
反射面、反射面1~2......反射面??；組成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反射
面T' n組成，反射面1\和1^ i、T2*T' 2...........??；和！^ 依次兩兩組合配對構(gòu)成
一系列的串接邁克爾遜干涉儀(Michelson干涉儀)，反射面之間構(gòu)成的干涉儀的光程差遠(yuǎn) 遠(yuǎn)小于反射面到3X3耦合器3的距離。一種實現(xiàn)多光纖干涉儀傳感器復(fù)用的方法，包括以下步驟①激光光源1產(chǎn)生的激光經(jīng)過調(diào)制產(chǎn)生激光脈沖，經(jīng)過2X 1耦合器2或環(huán)形器入 射到3X3耦合器3;
②所述3X3耦合器3的出射端的其中兩路串接一系列反射面，其中一路光纖反射
面由反射面、反射面1~2......反射面！；組成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反
射面T' n組成，反射面1\和1~' i、T2*T' 2......??；和！1' n依次兩兩組合配對構(gòu)成一系
列的串接邁克爾遜干涉儀，反射面之間構(gòu)成的干涉儀的光程差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于反射面到3X3耦 合器3的距離；③將經(jīng)3X3耦合器3入射到串接邁克爾遜干涉儀的激光脈沖信號反射回到所述 3X3耦合器3的入射端；④連接在3X3耦合器3入射端或者2X 1耦合器2或環(huán)形器入射端的第一光電探 測器4、第二光電探測器5、第三光電探測器6探測經(jīng)步驟③反射回來的激光脈沖的時域光
信號；⑤根據(jù)步驟④的時域光信號，得到串接邁克爾遜干涉儀分別反射回來的激光脈沖 信號，根據(jù)3X3耦合器3路光信號存在120度的相位差，從而分別解調(diào)出每個干涉儀的獨(dú) 立相位。實施例如圖1所示，一 10mW功率的1550nm波長激光光源1經(jīng)過調(diào)制產(chǎn)生脈沖光，脈沖寬 度10ns 10ii s可調(diào)，脈沖的重復(fù)頻率5KHz。系統(tǒng)中有一 2X1(1 1)耦合器2和一 3X3(1 1 1)耦合器3，工作波長
1550nm。反射面1\和1~' ^！^和！1' 2...........??；和！1' n依次兩兩組合配對構(gòu)成一系
列的串接Michelson干涉儀。這些反射面到3X3耦合器的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個面構(gòu)成的干 涉儀的光程差，這里反射面的距離大約100米。脈沖經(jīng)1\和1~' i、T2*T' 2...........！；和！1' n兩反射鏡反射回的光會形成
干涉。以1\和1"工為例，第一光電探測器4、第二光電探測器5、第三光電探測器6會探測 到經(jīng)過3X3耦合器的三個干涉輸出PjTi)、P20\)和P30\)，三路干涉儀信號相位差相差 120度，即可構(gòu)成三個獨(dú)立方程，
2PTl^C + Bcos(^--7r)PT2 = C+Bcos(4))
2PT3 = C + B COS(汐 + -龍)可解調(diào)出相位c^(t)。依次類推，都可以得到2、T3*T' 3......所對
應(yīng)的(j52(t)、Cj53(t).......搭建系統(tǒng)之前要設(shè)計好激光脈沖的重復(fù)頻率以及反射鏡之間
的距離，確保每一路干涉信號輸出時不會產(chǎn)生重疊。
權(quán)利要求
一種實現(xiàn)多光纖干涉儀傳感器復(fù)用的系統(tǒng)，其特征在于，依次包括激光光源(1)、2×1耦合器或環(huán)形器(2)、第一光電探測器(4)、第二光電探測器(5、第三光電探測器(6)和3×3耦合器(3)，所述激光光源(1)和第二光電探測器(5)分別連接2×1耦合器(2)或環(huán)形器，2×1耦合器或環(huán)形器(2)連接3×3耦合器(3)，第一光電探測器(4)和第三光電探測器(5)連接在3×3耦合器(3)的入射端，3×3耦合器(3)的出射端的其中兩路分別串接光纖反射面，其中一路光纖反射面由反射面T1、反射面T2......反射面Tn組成，另一路由反射面T′1、反射面T′2......反射面T′n組成，反射面T1和T′1、T2和T′2...........Tn和T′n依次兩兩組合配對構(gòu)成一系列的串接邁克爾遜干涉儀，反射面之間構(gòu)成的干涉儀的光程差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于反射面到3×3耦合器(3)的距離。
2.一種實現(xiàn)多光纖干涉儀傳感器復(fù)用的方法，包括以下步驟①激光光源(1)產(chǎn)生的激光經(jīng)過調(diào)制產(chǎn)生激光脈沖，經(jīng)過2X1耦合器或環(huán)形器(2)入 射到3X3耦合器(3)；②所述3X3耦合器(3)的出射端的其中兩路串接一系列反射面，其中一路光纖反射面由反射面1\、反射面1~2......反射面??；組成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反射面T' n組成，反射面1\和1~' i、T2*T' 2......?。缓?！1' n依次兩兩組合配對構(gòu)成一系列的串接邁克爾遜干涉儀，反射面之間構(gòu)成的干涉儀的光程差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于反射面到3X3耦 合器(3)的距離；③將經(jīng)3X3耦合器(3)入射到串接邁克爾遜干涉儀的激光脈沖信號反射回到所述 3X3耦合器(3)的入射端；④連接在3X3耦合器(3)入射端或者2X1耦合器或環(huán)形器(2)入射端的第一光電探 測器(4)、第二光電探測器(5)、第三光電探測器(6)探測經(jīng)步驟③反射回來的激光脈沖的 時域光信號；⑤根據(jù)步驟④的時域光信號，得到串接邁克爾遜干涉儀分別反射回來的激光脈沖信 號，根據(jù)3X3耦合器(3)路光信號存在120度的相位差，從而分別解調(diào)出每個干涉儀的獨(dú) 立相位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)多光纖干涉儀傳感器復(fù)用的系統(tǒng)，依次包括激光光源1、2×1耦合器2或環(huán)形器、第一光電探測器4、第二光電探測器5、第三光電探測器6和3×3耦合器3，所述激光光源1和第二光電探測器5分別連接2×1耦合器2或環(huán)形器，2×1耦合器2或環(huán)形器連接3×3耦合器3以及一系列的串接邁克爾遜干涉儀。本發(fā)明的有益效果改變了原有3×3耦合器只能解調(diào)單個干涉儀的光程差的劣勢，大大提升了干涉儀的復(fù)用能力，形成了一種多干涉儀傳感器系統(tǒng)。
文檔編號G01D5/26GK101871789SQ201010194629
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者冉曾令, 魯恩 申請人:電子科技大學(xué)