基于共光路干涉技术的光纤传感系统研究

【摘要】：随着现代科技的飞速发展,干涉型光纤传感器凭借其高灵敏度的探测优势日益得到人们的广泛重视。特别是在某些精密测量领域,人们需要对微小位移或者微小振动实现精确测量时,其优势就更为明显。由于光纤的敏感性使其内部传输光的相位极易受到外界参量的影响,被测信号引起光相位改变的同时,干涉仪传输回路上的外界附加扰动也会使相位信息发生变化。因此干涉传感系统会产生干涉现象不稳定、输出信号衰落的现象,从而导致系统测量精度下降。针对该问题,目前采取的有效方法主要有相位跟踪技术和PGC调制解调技术。然而特别的,当干涉仪的传输回路受到与待测信号相近频段的扰动(同频干扰)时,干涉信号中就会存在该频段的干扰信号,利用普通方法基本不可能将待测信号从同频干扰中提取。这些对光纤干涉仪作用的影响因素,对光纤干涉传感器的快速发展产生了一定的阻碍。 针对干涉仪传输回路中出现的同频干扰问题,本文在共光路干涉仪的基础上,提出了基于PGC-ARCTAN算法的共光路干涉解调系统。针对共光路干涉的结构,在解调系统中对调制深度进行补偿,保证两路信号幅值的匹配,达到有效消除外界扰动的目的。利用LabVIEW工作平台对解调系统进行模拟仿真,验证了该解调系统的正确性和可行性。 其次,基于数字PGC解调技术,本文构建基于共光路技术的双迈克尔逊干涉传感系统,并基于LabVIEW搭建实验平台,利用数字解调技术处理干涉信号。实验结果证明,该系统一定程度的消除了干涉仪传输回路上的外界扰动带来的影响。该系统的探头部分仅由小段光纤构成,参考臂和干涉仪的其他器件无需封装在探头内,可实现干涉仪传感探头简单化。 最后,针对双迈克尔逊干涉仪结构带来的信号串扰问题,本文提出了一种基于共光路技术的双马赫曾德尔干涉传感系统。该结构采用双光源双向探测的结构,避免了信号串扰问题对后续解调的影响。实验证明,该系统对干涉仪传输回路中的扰动抑制可达26dB,提高了系统的抗干扰能力和测量稳定性。基于波分复用技术,本文在双马赫曾德尔干涉仪的基础上设想出一种准分布式的光纤干涉传感系统,并通过理论分析验证了该系统的可行性。