一种光纤法珀传感器解调系统

摘要

本发明涉及一种光纤法珀传感器解调系统，包括光纤多路耦合器、通过第一光纤与所述光纤多路耦合器连接的宽带光源、通过第二光纤与所述光纤多路耦合器连接的纤法珀传感器，与所述光纤多路耦合器连接的第三光纤的端口上设有光纤接头，其特征是：还包括与所述光纤接头对应的准直透镜、与所述准直透镜对应并与控制电路连接的电光晶体、与所述电光晶体对应的会聚透镜、与所述会聚透镜对应的单点探测器。本发明可用于高温高压下的力、加速度、应变、振动等物理量的测量，且解调系统可以得到较为精确的测量结果。

权利要求

1.一种光纤法珀传感器解调系统，包括光纤多路耦合器（2）、通过第一光纤（21）与所述光纤多路耦合器连接的宽带光源（1）、通过第二光纤（22）与所述光纤多路耦合器连接的光纤法珀传感器（3），与所述光纤多路耦合器连接的第三光纤（23）的端口上设有光纤接头（24），其特征是：还包括与所述光纤接头（24）对应的准直透镜（4）、与所述准直透镜对应并与控制电源（6）连接的电光晶体（5）、与所述电光晶体对应的会聚透镜（7）、与所述会聚透镜对应的单点探测器（8）；所述的光纤法珀传感器（3）为光纤法珀力传感器、光纤法珀应变传感器或光纤法珀加速度传感器；所述准直透镜（4）为单凸透镜、双凸透镜、双胶合透镜或双分离透镜；

所述电光晶体（5）为平板结构并且相对准直透镜倾斜,与所述准直透镜（4）的光轴所在的水平面的夹角为15度至20度，其前表面（51）和后表面（52）均镀有半透半反膜层，所述前表面（51）与所述控制电源（6）的电压输出端（61）连接，所述后表面（52）与所述控制电源（6）的接地端（62）连接。

2.根据权利要求1所述的光纤法珀传感器解调系统，其特征是：所述单点探测器（8）为单点铟镓砷探测器或单点硅探测器。

说明书

一种光纤法珀传感器解调系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤法珀传感器解调系统。该发明可用于高温高压下的力、加速度、应变、振动等物理量的测量。

背景技术

[0002] 光纤法珀传感器是一种新型传感器，通过在光纤内做出两个高反射膜层，形成一个具有一定尺寸的F-P微腔，当光束经过此F-P腔时，发生透射和反射的多光束干涉，反射回来的干涉信号携带了腔长的变化信息。所以，当外界参量发生变化时，导致F-P腔腔长产生相应的变化，从而改变干涉信号，因此实现了传感。

[0003] 光纤F-P传感器和光纤F-P解调系统一同决定了光纤F-P传感系统的检测精度和速度，解调系统是光纤F-P传感系统中非常重要的一部分。根据解调方式利用的光学参数的不同，光纤法-珀传感的解调主要可以分为：强度解调和相位解调。此发明使用的是一种使用互相关运算的相位解调方法。

[0004] CN203642944U公开的“一种光纤F-P腔传感器的高速解调系统”，包括宽带光源、三端口光纤环行器、密集波分复用器、光电探测器和采集处理单元。宽带光源发出的光通过三端口光纤环行器注入光纤F-P腔传感器；光纤F-P腔传感器的反射光再次经由该光纤环形器注入密集波分复用器；经密集波分复用器滤波后将注入的宽带反射光分解为三束不同波长的窄带光；这三束窄带光波注入光电探测器，经光电转换和滤波放大后由采集处理单元进行高速采样和数据处理，计算得到待测F-P腔传感器的相位或腔长变化量。其不仅降低了技术难度，大幅削减了系统成本，还能够实现光纤F-P腔传感器的高速、高精度解调，特别适合动态测量，如爆炸波压力的测量等。毋庸置疑，这是所属技术领域的一种有益的尝试。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种光纤法珀传感器解调系统，可用于高温高压下的力、加速度、应变、振动等物理量的测量，且解调系统可以得到较为精确的测量结果。

[0006] 本发明所述的一种光纤法珀传感器解调系统，包括光纤多路耦合器、通过第一光纤与所述光纤多路耦合器连接的宽带光源、通过第二光纤与所述光纤多路耦合器连接的光纤法珀传感器，与所述光纤多路耦合器连接的第三光纤的端口上设有光纤接头，其特征是：还包括与所述光纤接头对应的准直透镜、与所述准直透镜对应并与控制电路连接的电光晶体、与所述电光晶体对应的会聚透镜、与所述会聚透镜对应的单点探测器。

[0007] 进一步，所述的光纤法珀传感器为光纤法珀力传感器、光纤法珀应变传感器或光纤法珀加速度传感器。

[0008] 进一步，所述准直透镜为单凸透镜、双凸透镜、双胶合透镜或双分离透镜。

[0009] 进一步，所述电光晶体为平板结构并且具有15至20度的倾斜角，其前表面和后表面均镀有半透半反膜层，所述前表面与所述控制电源的电压输出端连接，所述后表面与所述控制电源的接地端连接。

[0010] 所述单点探测器为单点铟镓砷探测器或单点硅探测器。

[0011] 本发明具有以下的有益效果：

[0012] 本发明应用一种电光晶体，电光晶体在外电场作用下会发生电光效应，即晶体的折射率将随外电场变化而变化。通过电压变化不断改变晶体折射率的方式，使到达解调系统的干涉光束在晶体上发生反射和透射，当晶体的折射率达到一定数值时，反射光束的光程差与F-P腔腔长相等，即可以在探测器得到极大光强信号。由于本解调系统使用光纤法珀传感器，实现了多角度、多方向的测量；由于使用准直光路结构，可以实现光源宽波长范围测量；由于利用电光晶体，可以通过改变电压实现宽尺寸范围的测量；由于使用单点探测器，可以提高测量精度和速度。总而言之，该发明可以提高光纤传感器解调系统的解调精度、速度以及提高测量范围。

附图说明

[0013] 图1是本发明的整体结构示意图；

[0014] 图2是光纤多路耦合器示意图；

[0015] 图3是电光晶体与控制电路连接的示意图；

[0016] 图4是电光晶体的结构示意图。

[0017] 图中：1－宽带光源，2－光纤多路耦合器，3－光纤法珀传感器，4－准直透镜，5－电光晶体，6－控制电路，7－会聚透镜，8－单点探测器；

[0018] 21－第一光纤，22－第二光纤，23－第三光纤，24－光纤接头；

[0019] 51－前表面，52－后表面；

[0020] 61－电压输出端，62－接地端。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。

[0022] 参见图1至图4所示的一种光纤法珀传感器解调系统，包括光纤多路耦合器2、通过第一光纤21与所述光纤多路耦合器连接的纤法珀传感器3，与所述光纤多路耦合器连接的第三光纤23的端口上设有光纤接头24，其还包括与所述光纤接头24对应的准直透镜4、与所述准直透镜对应并与控制电路6连接的电光晶体5、与所述电光晶体对应的会聚透镜7、与所述会聚透镜对应的单点探测器8。

[0023] 所述的光纤法珀传感器3为光纤法珀力传感器、光纤法珀应变传感器或光纤法珀加速度传感器。光纤法珀传感器在不同的测量要求中，具有多种结构形态，例如：光纤法珀力传感器、光纤法珀应变传感器、光纤法珀加速度传感器等。

[0024] 所述准直透镜4为单凸透镜、双凸透镜、双胶合透镜或双分离透镜。由光纤多路耦合器出射的光斑为发散的圆形高斯光斑，需要准直透镜将其转化为平行光束出射，准直透镜按照像差要求可以有多种形态，比如：单凸透镜、双凸透镜、双胶合透镜、双分离透镜等。

[0025] 所述电光晶体5为平板结构并且具有15至20度的倾斜角，其前表面51和后表面52均镀有半透半反膜层，所述前表面51与所述控制电源6的电压输出端61连接，所述后表面52与所述控制电源6的接地端62连接。电光晶体用于匹配光纤法珀传感器的光程差。光纤法珀传感器由于多光束干涉，腔长变化决定了反射光的相干状态，通过电光晶体内部折射率的连续变化，使电光晶体的反射光束光程差也连续变化。

[0026] 所述单点探测器8为单点铟镓砷探测器或单点硅探测器。单点探测器用于接收会聚光束，按照解调速度以及精度要求，选用单点铟镓砷探测器或单点硅探测器。

[0027] 实施例－，光纤法珀传感器3选择光纤法珀力传感器，准直透镜4选择双凸透镜，单点探测器8选择单点铟镓砷探测器。

[0028] 实施例二，光纤法珀传感器3选择光纤法珀应变传感器，准直透镜4选择双胶合透镜，单点探测器8选择单点硅探测器。

[0029] 实施例三，光纤法珀传感器3选择光纤法珀加速度传感器，准直透镜4选择双分离透镜，单点探测器8选择单点铟镓砷探测器。

[0030] 还可以按照不同的要求选择光纤法珀传感器3、准直透镜4和单点探测器8，构成另外的多个具体实施例。

[0031] 本发明的宽带光源1发出的光束经第一光纤21、光纤多路耦合器2、第二光纤22入射至光纤法珀传感器3，由所述光纤法珀传感器的法珀腔的端面反射的携带法珀腔传感器腔长信息的光信号沿第二光纤22、光纤多路耦合器2传输至第三光纤23，并由第三光纤23端口上的光纤接头24入射至准直透镜4；准直透镜4使光束平行出射到电光晶体5上，电光晶体具有15至20度的倾斜角，并且由控制电路6控制；经准直透镜4准直后的平行光束到达电光晶体的前表面51，在电光晶体5内部的折射率随控制电路6输出电压的变化而变化；平行光束在电光晶体的前表面51和后表面52发生多光束干涉，由于平行光束本身带有法珀传感器的腔长信息，所以当电光晶体5内部折射率变化时，光束在电光晶体的表面反射和进入电光晶体内部再反射回来的两束相干光光程差满足一定条件，能够在单点探测器上得到极大的光强信息。最后，由电光晶体反射的相干光经会聚透镜7会聚后被单点探测器8接收。

[0032] 本发明的电光晶体在控制电路的作用下，不同的电压导致电光晶体折射率改变，匹配光纤法珀传感器的法珀腔产生的光程差，在单点单探测器上得到法珀腔的腔长变化信息，最终得到被测对象的物理量信息。本发明能够应用在高温高压下的力、加速度、应变、振动等物理量的测量，且能获得精确的测量结果。