专利名称：一种多光源干涉传感系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤传感技术，具体涉及光纤干涉信号的测量系统。
背景技术：
本实用新型主要基于光学干涉原理。该光纤干涉系统是在同一光纤，即光学闭合回路中两束沿正反方向传播的来自同一激光源的光形成干涉。当光学闭合回路受到外界扰动时，沿正反方向传播的光程将受到影响。尽管两路光受到的影响是一样的，这种影响到达探测器的时间却不一样。探测器上测到的干涉光强将受到影响，从而引起相应的变化响应。以传统的光学闭合回路干涉环为例，如图I所示，激光器发出的光经2x2耦合器分顺时针和逆时针两个方向进入光学闭合回路，经过扰动信号感应光纤及2x2耦合器再汇合到探测器形成干涉信号。任何扰动施加到光学闭合回路上，都会引起传播光的相位的变化 O(t)，而这个变化到达探测器的时间差由扰动发生在光学闭合回路上的位置和光学闭合回路的长度决定。时间差越大，探测器探测到的干涉电流变化越大I (t) = I0 (2~2cos (A O (t) +O0)) , (I)上式中A O (t) = O (t-t^-O (t-t2) , I1 = —,t2 = --L1 为光学闭合回路中扰
CC
动点顺时针方向到2x2耦合器的距离，L2为光学闭合回路中扰动点逆时针方向到2x2耦合器的距离，c为光在光纤中传播的速度，I0为无干涉时探测器从耦合器的一个输出端接受到的光强，Otl是初始相位差，2x2耦合器将带来的相差，但是光纤中的双折射效应也会影响到①。。当A 0)较小时，干涉光强的变化为A I (t) ^ 2I0sin(O0) A O (t)+I0cos (O0) (A O (t))2 (2)由于2x2耦合器的特性，在不考虑光纤中的双折射效应时Otl = ，上式右边的第一项消失，因此光学闭合回路中光纤干涉系统对微小扰动的响应是扰动的平方，而不是线性响应，较难观测到干涉信号的变化。该光学闭合回路通常用单模光纤作传感光纤，施工布置中光纤会受压弯曲，其中的双折射效应是不可避免的，这种双折射效应将会影响Oci的值。光学闭合回路干涉环的这种特性使得其干涉信号的强弱也受组成光学闭合回路的光纤中的双折射效应影响，会使光学闭合回路中的两路相反方向的光经历不同的光程，尽管它们重新汇合后仍然有相同的偏振态。光纤中的双折射效应受安装时光纤扭曲曲率、温度变化、施加于光纤上的压力等因素的影响。所以既使相同的扰动施加于同样的两个系统，观察到的信号强弱也不会相同。同一个系统在不同的时间，如在白天和在晚上，温差使得相同的扰动也会测得不同强弱的信号。有时甚至观察不到扰动信号。这将使得系统不能稳定可靠地工作。上述问题，是所有应用干涉原理的光纤系统都不可避免的问题；这些因素会造成光纤干涉信号不稳定、信噪比变差、系统的漏报率及误报率增高等一系列问题。发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种测量光纤干涉信号的光电探测系统，它具有光纤干涉信号稳定且受环境影响很小的优点。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种多光源干涉传感系统，它包括至少两个不同波长的激光光源、两个光电探测器、前级光纤耦合器、后级光纤耦合器和传感光纤，其中前级光纤耦合器至少有一边的端口数不少于激光光源的数量，后级光纤耦合器为多端口光纤耦合器且每边的端口数不少于2个以及至少有一边的端口数大于2个；各激光光源分别连接到前级光纤耦合器的同一边，前级光纤耦合器的另一边的一个端口、两个光电探测器分别连接到后级光纤耦合器的同一边，传感光纤的两端分别与后级光纤耦合器另一边中的两个端口相连接以组成光学闭合回路；各激光光源发出的光经前级光纤耦合器汇合到后级光纤耦合器，再分顺时针和逆时针两个方向进入光学闭合回路，经过传感光纤感受扰动信号后回到后级光纤耦合器形成干涉信号，分别由两个光电探测器接收。 优选的是，所述前级光纤耦合器为1X2光纤耦合器，所述不同波长的激光光源的数量为2个。优选的是，所述后级光纤耦合器是3x3光纤耦合器，分束比均为I : I : I。优选的是，所述后级光纤耦合器是3x2光纤耦合器，分束比为I : I : I和I : I。优选的是，所述后级光纤耦合器是4x4光纤耦合器，分束比均为I : I : I : I。优选的是，所述后级光纤耦合器是4x2光纤耦合器，分束比为I : I : I : I和
I Io优选的是，所述传感光纤为单模光纤。本实用新型的有益效果是为了解决光纤中的双折射现象带来的信号不稳的问题，本实用新型同时采用了两种方法以增强干涉信号的稳定性，即使用了多种不同波长的激光以代替传统技术方案中的单一波长的激光和使用多端口光纤耦合器与两个光电探测器相配合。使用了多种不同波长的激光以代替传统技术方案中的单一波长的激光，其实质上是在光学闭合回路上同时输入不同波长的光。而该光学闭合回路中的双折射效应会给每一种不同波长的光都带来不同的相差，即对于每一种波长的光而言，公式(2)中的Otl都将会受光纤安装时光纤的扭曲曲率、温度变化、施加于光纤上的压力等因素的影响。因此，当在该光学闭合回路中同时输入不同波长的激光时，由于该光学闭合回路中的干涉对相干长度的要求非常低，我们仍然能观察到干涉现象，而对不同的波长的光，公式(I) (2)中的O。都不相同，从而观测到一种互补的效应。这一互补的效应使得观察到的干涉强度更加稳定，受环境变化的影响更小。使用多端口光纤耦合器以代替传统技术方案中的2x2耦合器，其目的是为了接入两个光电探测器。由于多端口光纤耦合器的输出的两路信号具有一定的相关性，因此通过检测两个光电探测器之间信号的相关性，可以有效地补偿光纤干涉信号的稳定性，从而使信噪比得到明显改善。

图I是传统的光学闭合回路光学干涉实施例图；[0025]图2是本实用新型用于多光源干涉传感系统实施例示意图；图3是传统的光学闭合回路光学干涉信号强度变化图；图4是本实用新型的光电系统光学干涉信号强度变化图。附图I和图2中各部件的标记如下I、第一激光光源；2、后级光纤耦合器；3、光电探测器；4、传感光纤；5、前级光纤耦合器；6、第二激光光源。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确 的界定。如图2所示，它包括两个不同波长的激光光源即第一激光光源I和第二激光光源
6、两个光电探测器3、前级光纤耦合器5、后级光纤耦合器2和传感光纤4，其中前级光纤耦合器为1X2光纤稱合器,后级光纤稱合器为3X3光纤稱合器。第一激光光源I和第二激光光源6分别与前级光纤耦合器5的同一边相连接，前级光纤耦合器5的另一边的一个端口、两个光电探测器3分别连接到后级光纤耦合器2的同一边，传感光纤4的两端分别与后级光纤耦合器2另一边中的两个端口相连接。第一激光光源I和第二激光光源6分别发出的不同波长的激光经前级光纤耦合器5汇合到后级光纤耦合器2，由后级光纤耦合器2出来的光经传感光纤4再回到后级光纤耦合器2，构成一个光学闭合回路。工作时，第一激光光源I和第二激光光源6分别发出的不同波长的激光经前级光纤耦合器5汇合到后级光纤耦合器2，再分顺时针和逆时针两个方向进入光学闭合回路，经过传感光纤4感受扰动信号后回到后级光纤耦合器2形成干涉信号，分别由两个光电探测器3接收。本实施方案中使用两个不同波长的激光光源，也可用更多个不同波长激光光源，此时应当采用具有不少于激光光源数量的端口的前级光纤耦合器以与激光光源的数量相匹配。本实施例中优选的后级光纤耦合器2的分束比为I : I : 1，传感光纤4为单模光纤，后级光纤耦合器2也可由3x2、4x4、4x2光纤耦合器或更多端口的光纤耦合器代替，这些光纤耦合器应能均匀分配任一通道输入的光。本实用新型的多光源干涉传感系统为了解决光纤中的双折射现象带来的信号不稳的问题，本实用新型提供的方法是使用了多种不同波长的激光和使用多端口光纤耦合器与两个光电探测器相配合。由图3可以看出，在传统的光学闭合回路中，由于双折射现象带来的干扰，光学干涉信号忽大忽小，特别是出现了很多接近于零值的点。由图4可以看出，由于采用了多种不同波长的激光和使用多端口光纤耦合器与两个光电探测器相配合，在本实用新型的光电系统中，光学干涉信号的强度明显改善，在图3中大量出现的接近零值的点基本消失。以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
权利要求1.一种多光源干涉传感系统，其特征在于包括至少两个不同波长的激光光源、两个光电探测器、前级光纤耦合器、后级光纤耦合器和传感光纤，其中前级光纤耦合器至少有一边的端口数不少于激光光源的数量，后级光纤耦合器为多端口光纤耦合器且每边的端口数不少于2个以及至少有一边的端口数大于2个；各激光光源分别连接到前级光纤耦合器的同一边，前级光纤耦合器的另一边的一个端口、两个光电探测器分别连接到后级光纤耦合器的同一边，传感光纤的两端分别与后级光纤耦合器另一边中的两个端口相连接以组成光学闭合回路；各激光光源发出的光经前级光纤耦合器汇合到后级光纤耦合器，再分顺时针和逆时针两个方向进入光学闭合回路，经过传感光纤感受扰动信号后回到后级光纤耦合器形成干涉信号，分别由两个光电探测器接收。
2.根据权利要求I所述的多光源干涉传感系统，其特征在于所述前级光纤耦合器为1X2光纤耦合器，所述不同波长的激光光源的数量为2个。
3.根据权利要求I所述的多光源干涉传感系统，其特征在于所述后级光纤耦合器是3x3光纤耦合器，其分束比均为I :1: I。
4.根据权利要求I所述的多光源干涉传感系统，其特征在于所述后级光纤耦合器是3x2光纤耦合器，其分束比为I :1: I和I :1。
5.根据权利要求I所述的多光源干涉传感系统，其特征在于所述后级光纤耦合器是4x4光纤耦合器，其分束比均为I :1: I: I。
6.根据权利要求I所述的多光源干涉传感系统，其特征在于所述后级光纤耦合器是4x2光纤耦合器，其分束比为I :1: I: I和1:1。
7.根据权利要求1 6任一所述的多光源干涉传感系统,其特征在于所述传感光纤为单模光纤。
专利摘要本实用新型涉及一种多光源干涉传感系统。本实用新型的方案包括至少两个不同波长的激光光源、两个光电探测器、前级光纤耦合器、后级光纤耦合器和传感光纤，各激光光源分别连接到前级光纤耦合器的同一边，前级光纤耦合器的另一边的一个端口、两个光电探测器分别连接到后级光纤耦合器的同一边，传感光纤的两端分别与后级光纤耦合器另一边中的两个端口相连接以组成光学闭合回路。本实用新型解决了传统光纤干涉系统中，光纤中随机产生的双折射现象造成的干涉信号强度不够和不稳定的问题。通过上述方式，本实用新型的光电系统具有干涉信号稳定、不受环境因素影响的优点。
文档编号G01D5/353GK202494461SQ201220126220
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者杨峰, 毛文进 申请人:苏州攀星光电科技有限公司