本實用新型具體涉及一種干涉型光纖傳感器輸出波長快速解調系統(tǒng)。
背景技術：
光纖傳感器作為一種越來越成熟的傳感器件而廣泛應用于各領域，相比于傳統(tǒng)傳感器，光纖傳感有著眾多不可比擬的優(yōu)點。其中，基于干涉型的光纖傳感器是極其重要的一類光纖傳感器，得到人們的廣泛關注。干涉型光纖傳感器是利用在光纖中傳播的光的相位隨待測物理量變化的光學效應來實現對某些物理、生物或化學參量等進行檢測的光纖傳感器。檢測傳感器輸出波長的變化信息，實現對被測物理量的測量。對于該類傳感器，其輸出波長解調系統(tǒng)的優(yōu)劣對正確獲取傳感器的輸出信息至關重要。解調系統(tǒng)的性能優(yōu)劣主要表現在兩個方面：①解調靈敏度。對波長的解調靈敏度越高，系統(tǒng)的測量靈敏度就越高，反之則越低；②解調速度。當被測量是快變信號時，要求系統(tǒng)對傳感器輸出波長具有較高的解調速度，否則將無法準確、及時地捕獲被測信號的動態(tài)變化信息。
目前，國內外主要采用的解調方法分為兩大類：光譜分析法和光功率檢測法。光譜分析法主要采用光譜儀或者波長可調諧濾波器等器件對傳感器的輸出光譜進行掃描，獲取傳感器的輸出波長信息。光譜分析法的優(yōu)點是解調靈敏度高，但該方法的解調速度較低(響應速度一般為毫秒級)，因此這種方法只適合于被測信號為低頻信號的情況，而無法獲取高頻信號信息。
光功率檢測法是利用受到外界物理量變化時干涉型光纖傳感器輸出光功率的變化實現對被測量的解調，檢測輸出光功率的變化，就可以實現對被測物理量的有效解調。工程實踐中，可以選擇調諧輸入傳感器的窄帶光源的波長，使其工作波長位于輸出光譜線性變化區(qū)域，當周期性干涉光譜隨著外界物理量的改變發(fā)生變化時，該工作波長處的光功率隨之發(fā)生改變；也可以通過邊緣濾波器、非平衡馬赫-曾德干涉儀等器件將傳感器輸出波長的變化轉化換為功率的變化。這種方法的優(yōu)點是解調速度快，適用于對快變信號的測量。但是該方法測量范圍一般為干涉譜的線性區(qū)。此外光源波動，系統(tǒng)噪聲，環(huán)境溫度變化等等都是影響系統(tǒng)穩(wěn)定工作的因素。
對于某一確定的干涉型光纖傳感器，其易受溫度、振動等外界環(huán)境的影響而發(fā)生隨機的相位漂移，即所謂的相位衰弱現象，從而導致系統(tǒng)解調的靈敏度降低。所以，抗相位衰弱是干涉型光纖傳感器輸出波長解調的關鍵技術。現有技術中，采用抗相位衰弱的解調方法包括3×3耦合器法、外差解調法、相位生成載波(PGC)調制解調法以及其它基于開環(huán)或者閉環(huán)控制系統(tǒng)控制工作點的解調法。這些方法大都需要增加額外光路或者電路，使得解調系統(tǒng)結構較為復雜。例如，3×3耦合器法需在傳感器輸出后面加入3×3耦合器，需要進行三路光信號采集和處理，增加了系統(tǒng)的復雜度。
技術實現要素：
針對當前干涉型光纖傳感器輸出波長解調中存在的光功率波動對測量精度的影響大，測量范圍與解調速度難以同時提高等難題，本實用新型提供了一種干涉型光纖傳感器輸出波長快速解調系統(tǒng)。
為實現上述目的，本實用新型采取的技術方案為：
干涉型光纖傳感器輸出波長快速解調系統(tǒng)，包括從左往右依次相連的飛秒激光器、干涉型光纖傳感器、耦合器、摻鉺光纖放大器、色散補償光纖、第一光電探測器和第一示波器，所述耦合器還通過第二光電探測器連接有第二示波器；飛秒激光器輸出的光信號，經過干涉型光纖傳感器和耦合器后，分兩路輸出，一路進入第一光電探測器輸出作為參考信號通過第一示波器進行顯示；另外一路進入摻鉺光纖放大器進行功率放大后，進入色散補償光纖進行色散延時展開，然后通過第二光電探測器輸出至第二示波器進行顯示，干涉光譜不同的光波長對應不同的延時時間，波長變化時對應的時域信號產生相應變化；此時，通過示波器檢測光電探測器探測到時域的光功率變化，就可以得到對應的波長變化信息，從而檢測被測物理量的大小，實現干涉型光纖傳感器輸出波長的快速有效解調。“光譜-時域”信息映射的精細度越高意味著光譜信息在對應的時域中反映得越準確、精細。因此，精細準確的映射關系是準確獲取傳感器輸出信息的技術基礎。當干涉譜波長變化時，相應的時域信號的時間間隔會產生一個相應的變化。假設示波器的時間分辨精度為50ps(20GHz采樣率)，色散系數為5.2ns/nm(40km的色散補償光纖)，那么此時的波長分辨精度約為10pm。
作為優(yōu)選，所述飛秒激光器的光譜范圍1540～1580nm，輸出平均光功率30mW；重復頻率40MHz。
作為優(yōu)選，所述干涉型光纖傳感器的自由光譜范圍FSR小于飛秒激光器光譜范圍。
作為優(yōu)選，所述色散補償光纖的工作波長覆蓋飛秒激光器光譜范圍，色散系數典型值為-130ps/nm·km；傳輸損耗典型值0.6dB/km。
相比現有的基于光譜分析技術的干涉型傳感器輸出波長解調系統(tǒng)，本實用新型有效克服了光譜掃描方法由于其極有限的掃描速度，難以快速獲取傳感器輸出波長信息的技術缺陷，而是利用波長-時間的轉換關系實現波長的解調，與光強無關，較好避免了光強波動對測量精度產生影響，波長解調范圍寬，是一種實現光譜信息快速解調的實用新型。本實用新型提出的這種解調技術和系統(tǒng)同時兼具光譜分析法和光功率檢測法的優(yōu)點，不僅光譜解調范圍寬，可以達干涉光譜的一個自由光譜范圍幾十nm，而且解調速度高，如果飛秒激光器產生光脈沖重復頻率為40MHz，因此根據示波器單次采樣數據進行波長解調，系統(tǒng)解調速度為40MHz采用高速光電探測器可達到皮秒量級，可快速捕捉被測物理信號的變化，解決了當前梳狀光譜解調技術中存在的測量范圍與測量速度相互矛盾、難以同時提高的問題。
附圖說明
圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
干涉型光纖傳感器輸出波長快速解調系統(tǒng)，其特征在于，包括從左往右依次相連的飛秒激光器1、干涉型光纖傳感器2、耦合器3、摻鉺光纖放大器4、色散補償光纖5、第一光電探測器6和第一示波器7，所述耦合器3還通過第二光電探測器8連接有第二示波器9；飛秒激光器1輸出的光信號，經過干涉型光纖傳感器2和耦合器3后，分兩路輸出，一路進入第二光電探測器8輸出作為參考信號通過第二示波器9進行顯示；另外一路進入摻鉺光纖放大器4進行功率放大后，進入色散補償光纖5進行色散延時展開，然后通過第一光電探測器6輸出至第一示波器7進行顯示。
作為優(yōu)選，所述飛秒激光器的光譜范圍1540～1580nm，輸出平均光功率30mW；重復頻率40MHz。
所述干涉型光纖傳感器的自由光譜范圍FSR小于飛秒激光器光譜范圍。
所述色散補償光纖的工作波長覆蓋飛秒激光器光譜范圍，色散系數典型值為-130ps/nm·km；傳輸損耗典型值0.6dB/km。
本具體實施使用時，首選打開飛秒激光器光源，根據不同的色散補償光纖長度調節(jié)摻鉺光纖放大器放大倍數，待輸出穩(wěn)定后通過示波器或者信號處理及顯示系統(tǒng)記錄輸出信號；然后進行數據分析，計算出波長變化量，獲得被測物理量的大小。
以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。