专利名称：一种实现光纤干涉仪传感器复用的系统及其方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种将光时域反射技术和3X3耦合器 解调法相结合实现光纤干涉仪传感器复用的方法与传感器系统。
背景技术：
干涉型光纤传感器因其极高的灵敏度，目前已广泛地应用在水声、应变、磁场、电 流和加速度等物理量的测量上。其中作为光纤干涉仪的传感器系统，解调是核心问题。目 前，光纤干涉仪的解调方法有相位载波法、白光干涉法、对称3X 3耦合器解调法等，这些方 法各有特点。白光干涉法可以解调出传感器的绝对光程差，而相位载波法和对称3X3耦合 器解调法不能，只能跟踪相位变化，但大多数场合只需要跟踪相位即可。在跟踪相位的解调方法中，对称3X3耦合器解调方法的优点在于光源无需调制， 干涉仪各光路间不需要光程差，干涉仪两臂可以完全相等，电路可以工作在不同光功率下 而不影响解调结果。并且对于它的三路输出，我们可以采用对称解调方法解调出相位差。但 传统的对称3X3耦合器解调方法只能对一个干涉传感器进行解调，很难实现多干涉仪传 感器系统。

发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种实现多光纤干涉仪传感器复用的系统及 方法，该系统能用一套调解系统解调多个光纤干涉仪的相位。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种实现多光纤干涉仪传感器复用 的系统，其特征在于，依次包括激光光源1、2X1耦合器或环形器2、第一光电探测器4、第 二光电探测器5、第三光电探测器6和3X3耦合器3，所述激光光源1和第二光电探测器 5分别连接2 X 1耦合器或环形器2，2 X 1耦合器或环形器2连接3 X 3耦合器3，第一光电 探测器4和第三光电探测器5连接在3X3耦合器3的入射端，3X3耦合器3的出射端的
其中两路分别串接光纤反射面，其中一路光纤反射面由反射面、反射面1~2......反射面
！；组成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反射面T' n组成，反射面1\和1^ ^
2...........！；和！1' n依次两两组合配对构成一系列的串接迈克尔逊干涉仪
(Michelson干涉仪)，反射面之间构成的干涉仪的光程差远远小于反射面到3X3耦合器3 的距离。一种实现多光纤干涉仪传感器复用的方法，包括以下步骤①激光光源1产生的激光经过调制产生激光脉冲，经过2 X 1耦合器2或环形器入 射到3X3耦合器3;②所述3X3耦合器3的出射端的其中两路串接一系列反射面，其中一路光纤反射
面由反射面、反射面1~2......反射面！；组成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反
射面T' n组成，反射面1\和1~' i、T2*T' 2......！；和！1' n依次两两组合配对构成一系
列的串接迈克尔逊干涉仪，反射面之间构成的干涉仪的光程差远远小于反射面到3X3耦合器3的距离；③将经3X3耦合器3入射到串接迈克尔逊干涉仪的激光脉冲信号反射回到所述 3X3耦合器3的入射端；④连接在3X3耦合器3入射端或者2X 1耦合器2或环形器入射端的第一光电探 测器4、第二光电探测器5、第三光电探测器6探测经步骤③反射回来的激光脉冲的时域光
信号；⑤根据步骤④的时域光信号，得到串接迈克尔逊干涉仪分别反射回来的激光脉冲 信号，根据3X3耦合器3路光信号存在120度的相位差，从而分别解调出每个干涉仪的独 立相位。本发明的有益效果改变了原有3X3耦合器只能解调单个干涉仪的光程差的劣 势，大大提升了干涉仪的复用能力，形成了一种多干涉仪传感器系统。


图1是本发明的实现多光纤干涉仪传感器复用的系统的逻辑框图。其中，1、激光光源，2、2\1耦合器或环形器，3、3\3耦合器，4、第一光电探测器， 5、第二光电探测器，6、第三光电探测器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述本发明所采用的技术方案是一激光经过调制产生光脉冲，经过耦合器或环形器 入射到一 3X3耦合器3，3X3耦合器3的出射端的其中两路串接一系列的反射面，这两路 的反射面依次与3X3耦合器的距离大致相等(距离差远远小于反射面到3X3耦合器的 距离)，这样两路光纤的反射面从而构成一系列的串接Michelson干涉仪，这些干涉仪将脉 冲激光的信号反射回来返回到3X3耦合器的入射端，入射端接有三个光电探测器探测这 些干涉仪的反射的时域光信号，根据时域信号就可得到这些串接干涉仪分别反射回来的信 号，根据3X3耦合器3路光信号存在120度的相位差，从而可以分别解调出每个干涉仪的 独立相位。具体地一种实现多光纤干涉仪传感器复用的系统，依次包括激光光源1、2X1耦 合器或环形器2、第一光电探测器4、第二光电探测器5、第三光电探测器6和3X3耦合器 3，所述激光光源1和第二光电探测器5分别连接2X 1耦合器或环形器2，2X 1耦合器或环 形器2连接3 X 3耦合器3，第一光电探测器4和第三光电探测器5连接在3 X 3耦合器3的 入射端，3X3耦合器3的出射端的其中两路分别串接光纤反射面，其中一路光纤反射面由
反射面、反射面1~2......反射面！；组成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反射
面T' n组成，反射面1\和1^ i、T2*T' 2...........！；和！^ 依次两两组合配对构成
一系列的串接迈克尔逊干涉仪(Michelson干涉仪)，反射面之间构成的干涉仪的光程差远 远小于反射面到3X3耦合器3的距离。一种实现多光纤干涉仪传感器复用的方法，包括以下步骤①激光光源1产生的激光经过调制产生激光脉冲，经过2X 1耦合器2或环形器入 射到3X3耦合器3;
②所述3X3耦合器3的出射端的其中两路串接一系列反射面，其中一路光纤反射
面由反射面、反射面1~2......反射面！；组成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反
射面T' n组成，反射面1\和1~' i、T2*T' 2......！；和！1' n依次两两组合配对构成一系
列的串接迈克尔逊干涉仪，反射面之间构成的干涉仪的光程差远远小于反射面到3X3耦 合器3的距离；③将经3X3耦合器3入射到串接迈克尔逊干涉仪的激光脉冲信号反射回到所述 3X3耦合器3的入射端；④连接在3X3耦合器3入射端或者2X 1耦合器2或环形器入射端的第一光电探 测器4、第二光电探测器5、第三光电探测器6探测经步骤③反射回来的激光脉冲的时域光
信号；⑤根据步骤④的时域光信号，得到串接迈克尔逊干涉仪分别反射回来的激光脉冲 信号，根据3X3耦合器3路光信号存在120度的相位差，从而分别解调出每个干涉仪的独 立相位。实施例如图1所示，一 10mW功率的1550nm波长激光光源1经过调制产生脉冲光，脉冲宽 度10ns 10ii s可调，脉冲的重复频率5KHz。系统中有一 2X1(1 1)耦合器2和一 3X3(1 1 1)耦合器3，工作波长
1550nm。反射面1\和1~' ^！^和！1' 2...........！；和！1' n依次两两组合配对构成一系
列的串接Michelson干涉仪。这些反射面到3X3耦合器的距离远远大于两个面构成的干 涉仪的光程差，这里反射面的距离大约100米。脉冲经1\和1~' i、T2*T' 2...........！；和！1' n两反射镜反射回的光会形成
干涉。以1\和1"工为例，第一光电探测器4、第二光电探测器5、第三光电探测器6会探测 到经过3X3耦合器的三个干涉输出PjTi)、P20\)和P30\)，三路干涉仪信号相位差相差 120度，即可构成三个独立方程，
2PTl^C + Bcos(^--7r)PT2 = C+Bcos(4))
2PT3 = C + B COS(汐 + -龙)可解调出相位c^(t)。依次类推，都可以得到2、T3*T' 3......所对
应的(j52(t)、Cj53(t).......搭建系统之前要设计好激光脉冲的重复频率以及反射镜之间
的距离，确保每一路干涉信号输出时不会产生重叠。
权利要求
一种实现多光纤干涉仪传感器复用的系统，其特征在于，依次包括激光光源(1)、2×1耦合器或环形器(2)、第一光电探测器(4)、第二光电探测器(5、第三光电探测器(6)和3×3耦合器(3)，所述激光光源(1)和第二光电探测器(5)分别连接2×1耦合器(2)或环形器，2×1耦合器或环形器(2)连接3×3耦合器(3)，第一光电探测器(4)和第三光电探测器(5)连接在3×3耦合器(3)的入射端，3×3耦合器(3)的出射端的其中两路分别串接光纤反射面，其中一路光纤反射面由反射面T1、反射面T2......反射面Tn组成，另一路由反射面T′1、反射面T′2......反射面T′n组成，反射面T1和T′1、T2和T′2...........Tn和T′n依次两两组合配对构成一系列的串接迈克尔逊干涉仪，反射面之间构成的干涉仪的光程差远远小于反射面到3×3耦合器(3)的距离。
2.一种实现多光纤干涉仪传感器复用的方法，包括以下步骤①激光光源(1)产生的激光经过调制产生激光脉冲，经过2X1耦合器或环形器(2)入 射到3X3耦合器(3)；②所述3X3耦合器(3)的出射端的其中两路串接一系列反射面，其中一路光纤反射面由反射面1\、反射面1~2......反射面！；组成，另一路由反射面T'工、反射面T' 2......反射面T' n组成，反射面1\和1~' i、T2*T' 2......！；和！1' n依次两两组合配对构成一系列的串接迈克尔逊干涉仪，反射面之间构成的干涉仪的光程差远远小于反射面到3X3耦 合器(3)的距离；③将经3X3耦合器(3)入射到串接迈克尔逊干涉仪的激光脉冲信号反射回到所述 3X3耦合器(3)的入射端；④连接在3X3耦合器(3)入射端或者2X1耦合器或环形器(2)入射端的第一光电探 测器(4)、第二光电探测器(5)、第三光电探测器(6)探测经步骤③反射回来的激光脉冲的 时域光信号；⑤根据步骤④的时域光信号，得到串接迈克尔逊干涉仪分别反射回来的激光脉冲信 号，根据3X3耦合器(3)路光信号存在120度的相位差，从而分别解调出每个干涉仪的独 立相位。
全文摘要
本发明公开了一种实现多光纤干涉仪传感器复用的系统，依次包括激光光源1、2×1耦合器2或环形器、第一光电探测器4、第二光电探测器5、第三光电探测器6和3×3耦合器3，所述激光光源1和第二光电探测器5分别连接2×1耦合器2或环形器，2×1耦合器2或环形器连接3×3耦合器3以及一系列的串接迈克尔逊干涉仪。本发明的有益效果改变了原有3×3耦合器只能解调单个干涉仪的光程差的劣势，大大提升了干涉仪的复用能力，形成了一种多干涉仪传感器系统。
文档编号G01D5/26GK101871789SQ201010194629
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者冉曾令, 鲁恩 申请人:电子科技大学