基于双通道非平衡干涉仪的大动态干涉型光纤传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于双通道非平衡干涉仪的大动态 干涉型光纤传感器。
【背景技术】
[0002] 光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一口新技术，各类型传感器如光纤 加速度传感器、光纤水听器、光纤巧螺等成为研究的热点。由于光纤传感器与其他传感器相 比具有抗电磁干扰、灵敏度高、动态范围大、探测距离远等独特优势，在传感技术方面有着 巨大的应用潜力。
[0003] 在各种类型的光纤传感器中，干涉型光纤传感器通过高灵敏度的光纤相干检测技 术，将被测信号转换成光信号，并通过光纤传至信号处理系统从而提取信息，具有灵敏度 高、便于复用等诸多优异的特性。由于被测信号是W相位信息形式调制在干涉型光纤传感 器输出信号中，并且干涉仪中存在着随机相位衰落现象，必须对光纤干涉仪进行信号调制 解调才能实现对稳定的信号检测，因此信号解调方法成为了干涉型光纤传感系统应用中的 关键技术。
[0004] 随着干涉型光纤传感器在海洋物理信息获取、水下目标探测、油气勘探、地震波监 测等领域的应用越来越广泛深入，要求也越来越高，实现大动态范围检测已成为其发展的 重要方向。例如，在油气探测、地层勘探领域，可W采用干涉型光纤地震检波器进行地层信 息的探测。为了获得丰富的地层反射信息，常采用幅度大、频带宽的声发射源，同时检测声 源发出的高强度直达波信号和地层反射的微弱声信号，需要实现对强弱信号的同时测量， 因此对光纤地震检波器的宽频大信号解调能力提出较高的要求。
[0005] 目前干涉型光纤传感器常用的解调技术有相位载波（PGC)调制解调方法、外差解 调方法和3x3禪合器多相检测方法等。当探测大信号时，对于PGC解调方法，W调制频率一 倍频和二倍频为中也频率的载波频带将展宽，引起边带重叠；对于外差解调系统，W零频和 A f为中也的载波频带也将展宽。该就限制了 PGC和外差方法对大信号探测的动态范围。 相比之下，3x3禪合器多相检测方法具有更大的测量范围。不过对于地震波测量等特殊应用 中，传感系统的动态范围仍需进一步增大。
[0006] 针对越来越明确的应用需求，迫切需要发展一种大动态干涉型光纤传感器，可实 现强弱信号的同时测量，W满足地震波检测等特殊应用领域对大动态干涉型光纤传感器的 应用需求。
【发明内容】
[0007] 为了适应地震波传感等领域对强弱信号同时测量的需求，本发明提出一种基于双 通道非平衡干涉仪的大动态干涉型光纤传感器，进一步扩展干涉型光纤传感器的动态范 围。
[0008] 本发明解决技术问题采用的技术方案为；一种基于双通道非平衡干涉仪的大动态 干涉型光纤传感器，该装置由激光器1、光纤环行器2、正常通道光纤迈克尔逊（Michelson) 干涉仪3、差分通道光纤迈克尔逊（Michelson)干涉仪4、光纤环行器5、光电探测器6、光电 探测器7、光电探测器8、信号处理系统9、光电探测器10、光电探测器11、光电探测器12、信 号处理系统13组成。
[0009] 所述正常通道光纤迈克尔逊干涉仪3由3x3禪合器301、传感光纤302、参考光纤 303、3地禪合器304、光纤法拉第旋转反射镜305、光纤法拉第旋转反射镜306组成。
[0010] 所述差分通道光纤迈克尔逊干涉仪4由3x3禪合器401、延时光纤402、光纤法拉 第旋转反射镜403、光纤法拉第旋转反射镜404组成。
[0011] 所述正常通道光纤迈克尔逊干涉仪和所述差分通道光纤迈克尔逊干涉仪通过3地 禪合器304和光纤环行器5连接。
[0012] 所述激光器1发出的光由光纤环行器2的端口 1输入，经光纤环行器2后由光纤 环行器2的端口 2输出，进入正常通道光纤迈克尔逊干涉仪3中的3x3禪合器301的端口 1，在所述3x3禪合器301中被分为两束光，分别作为正常通道光纤迈克尔逊干涉仪3的探 测光信号和参考光信号：一束光由3x3禪合器301的端口 4输出，经过传感光纤302接收外 界探测信号后，变为携带有待测相位信息的探测光，再由3地禪合器304的输入端口 1输入 3地禪合器304后又分为两束光，一束携带有待测信息的探测光由3地禪合器304的端口 4 输出，输出光由光纤法拉第旋转反射镜305反射回3地禪合器304的端口 4,经过3地禪合 器304后由3地禪合器304的端口 1输出，返回3x3禪合器301的端口 4,作为正常通道探 测光信号；另一束光由3x3禪合器301的端口 5输出经过参考光纤303,输入光纤法拉第旋 转反射镜306后又沿参考光纤303反射回3x3禪合器301的端口 5,作为正常通道参考光信 号；所述探测光信号和参考光信号在经过3x3禪合器301后发生干涉，产生的干涉信号分3 路分别由3x3禪合器301的端口 1、端口 2、端口 3输出；从3x3禪合器301的端口 1输出的 干涉信号进入光纤环行器2的端口 2,由光纤环行器2引导，从光纤环行器2的端口 3输出 后进入光电探测器6,从3x3禪合器301的端口 2和端口 3输出的干涉信号分别进入光电探 测器7和光电探测器8,所述光电探测器6、光电探测器7、光电探测器8分别将探测到的光 信号转换为电信号后，输入信号处理系统9处理，获得传感光纤302所传感到的待测相位的 正常信息。
[0013] 所述携带有待测相位信息的探测光由3地禪合器304的端口 3输出进入光纤环行 器5的输入端口 1，经由光纤环行器5引导，从光纤环行器5的端口 2输出，进入3x3禪合器 401的端口 3,并在3x3禪合器401中被分为两束：一束携带有待测相位信息的探测光由3x3 禪合器401的端口 5输出，经过延时光纤402输入光纤法拉第旋转反射镜403后又沿延时 光纤402反射回3x3禪合器401的端口 5,作为延时光信号；另一束携带有待测相位信息的 探测光由3x3禪合器401的端口 4输出，由光纤法拉第旋转反射镜404反射回3x3禪合器 401的端口 4,作为差分通道参考光信号；所述延时光信号和差分通道参考光信号经3x3禪 合器401后发生干涉，产生的干涉信号分3路分别由3x3禪合器401的端口 1、端口 2、端口 3输出；从3x3禪合器401的端口 3输出的干涉信号进入光纤环行器5的端口 2,由光纤环 行器5引导，从光纤环行器5的端口 3输出后进入光电探测器12,从3x3禪合器401的端口 1、端口 2输出的干涉信号分别进入光电探测器10和光电探测器11，所述光电探测器10、光 电探测器11、光电探测器12分别将探测到的光信号转换为电信号后，输入信号处理系统13 处理，获得传感光纤302所传感到的待测相位的差分信息。
[0014] 本发明具有的技术效果如下：
[0015] 本发明通过在原有的正常通道光纤迈克尔逊干涉仪的基础上增加一个差分通道 光纤迈克尔逊干涉仪，将同时获得传感光纤所传感到的待测相位的正常信息及差分信息。 所述差分通道迈克尔逊干涉仪获得的差分信号是正常通道迈克尔逊干涉仪所得信号的差 分项，信号幅值相对于正常通道信号大为缩小，通过对差分信号进行积分就能恢复出真实 信号。在小信号的情况下，采用正常通道光纤迈克尔逊干涉仪进行传感，在大信号情况下， 信号幅度超出正常通道光纤迈克尔逊干涉仪所能传感的动态范围，但经过差分通道光纤迈 克尔逊干涉仪差分得到的信号幅度较低，仍处于动态范围之类，通过对差分信号进行积分 就实现对待测信号的重建。通过将两路通道传感信号联合处理，可有效避免信号过载现象， 大大扩展系统动态范围。
【附图说明】
[0016] 图1本发明的结构图。
【具体实施方式】
[0017] W