一种基于共生光纤迈克尔逊干涉仪的动态信号测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109612571A(43)申请公布日2019.04.12(21)申请号201910043849.X(22)申请日2019.01.17(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人江毅贾景善姜澜胡洁(74)专利代理机构北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙)11639代理人邬晓楠(51)Int.Cl.G01H9/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称一种基于共生光纤迈克尔逊干涉仪的动态信号测量方法(57)摘要本发明涉及一种基于共生光纤迈克尔逊干涉仪的动态信号测量方法，属于干涉型光纤传感技术领域。通过在传感臂上串联两个不同中心波长的宽带光纤布拉格光栅，在参考臂上连接一个宽带反射镜，形成共生光纤迈克尔逊干涉仪(SMI)。SMI包含两个共用同一3×3耦合器及参考臂的迈克尔逊干涉仪(MI)。2个MI通过基于3×3耦合器的被动解调法进行解调。对两个MI解调信号求差，消除加载在干涉仪参考臂及传导光纤上的干扰，并恢复出待测信号。这一原理还可以使用省略宽带反射镜的变形结构来实现。该解调技术能够实现迈克尔逊干涉仪的远距离遥测，具有高灵敏度、宽频率响应范围的特点。CN109612571ACN109612571A权利要求书1/2页1.一种基于共生光纤迈克尔逊干涉仪的动态信号测量方法，其特征在于：激光器发射出不同波长的两束激光，所述两束激光分别被对应的光纤光栅反射后，与反射镜反射的同波长光束形成两个迈克尔逊干涉仪；分别对两个迈克尔逊干涉仪进行解调，解调出相位信号，然后对信号作差，即可消除传输路径上的干扰信号，同时得到所测量的动态信号。2.实现如权利要求1所述方法的装置，其特征在于：包括双波长光纤激光器、2×2耦合器、3×3耦合器、第一宽带光纤布拉格光栅、第二宽带光纤布拉格光栅、宽带反射镜、波分复用器组、光电转换模块、被动解调模块和减法器；双波长光纤激光器发射的激光依次通过2×2耦合器和3×3耦合器后，每个波长的部分光束通过第一宽带光纤布拉格光栅或第二宽带光纤布拉格光栅反射，得到光栅反射光；另一部分光束通过宽带反射镜反射，得到宽带镜反射光；同一波长的两束反射光被反射回3×3耦合器，并发生双光束干涉，产生干涉信号；干涉信号通过3×3耦合器后，分为两两之间相位差为120°的三束光，即得到三路干涉信号；所述三路干涉信号分别通过传输光纤以及2×2耦合器后，按照不同波长被波分复用器组分为两组光信号，再通过光电转换模块将光信号转变为电信号，被动解调模块对电信号进行运算后解调出两个相位信号；减法器对两个相位信号作差即可消除传输路径上的干扰信号，同时得到所测量的动态信号。3.如权利要求2所述方法，其特征在于：所述被动解调模块对电信号进行运算后解调出两个相位信号的方法为：单个MI输出的干涉信号表达为：式中，A为干涉信号的直流量，B为干涉条纹的对比度，为加载在干涉仪上的相位信号；不同波长的干涉信号转换后的电信号分别输入到被动解调模块，通过基于3×3耦合器的被动解调法解调：式中，Fi，i＝1,2,3为中间变量；Fi＝fi-[(f1+f2+f3)]/3,i＝1,2,3；f1、f2、f3均为波分复用器组中一个波分复用器输出的任意波长的干涉信号；所述第一宽带光纤布拉格光栅的反射光与宽带反射镜的反射光发生干涉，形成干涉仪MI1；MI1中解调出的相位信号为所述第二宽带光纤布拉格光栅的反射光与宽带反射镜的反射光发生干涉，形成干涉仪MI2；MI2中解调出的相位信号信号为对两个解调器的输出的相位信号求差，消除传输路径上的干扰信号，得到待测动态信号：4.一种基于共生光纤迈克尔逊干涉仪的动态信号测量方法，其特征在于：激光器发射出不同波长的两束激光，每个波长的激光遇到对应的光纤光栅，由光纤光栅的两端反射后形成两束反射光，并发生干涉，形成两个迈克尔逊干涉仪；分别对两个迈克尔逊干涉仪进行解调，解调出相位信号，然后对信号作差，即可消除传输路径上的干扰信号，同时得到所测量的动态信号。2CN109612571A权利要求书2/2页5.实现如权利要求4所述方法的装置，其特征在于：包括双波长光纤激光器、2×2耦合器、3×3耦合器、第一宽带光纤布拉格光栅、第二宽带光纤布拉格光栅、波分复用器组、光电转换模块、被动解调模块和减法器；所述第一宽带光纤布拉格光栅与第二宽带光纤布拉格光栅通过一条光纤串联，且均与3×3耦合器连接，形成闭合光路；每个宽带光纤布拉格光栅的两端分别发生反射，形成两束反射光；双波长光纤激光器发射的激光依次通过2×2耦合器和3×3耦合器后，两个波长的光束分别通过第一宽带光纤布拉格光栅和第二宽带光纤布拉格光栅两端发生反射，分别形成两束反射光；同一波长的两束