一种消除光纤检波器系统噪声的装置和方法与流程

本发明属于光纤传感信号处理领域，更具体的说是一种基于光纤传感技术的消除光纤检波器系统噪声的装置和方法。

背景技术：

相对于传统的动圈式检波器和压电式检波器，光纤检波器具有诸多的优异性能，如：灵敏度高、动态范围大、抗电磁干扰、抗腐蚀、体积小、重量轻、易于复用等，这使得该技术在井下等恶劣环境、高灵敏度传感(如微地震监测、安全监测等)、海底声呐和水听器等领域拥有广泛的应用前景。随着光纤检波器技术的发展，各种光纤检波器及相应的解调技术相继被提出，光纤检波器及相应的解调仪构成了光纤检波器系统。目前光纤检波器系统中存在的一个关键的问题是检波器系统中解调仪对外界环境噪声敏感，该问题导致了光纤检波器系统在实际应用过程中无法判断解调仪解调出来的信号是来自于外界环境噪声对解调仪的干扰还是检波器探测到的信号，该问题限制了光纤检波器技术的发展和实际应用。这时，光纤检波器系统必须在完成收集信号的前提下尽可能通过系统硬件的优化设计、软件关键参数的优化设计和解调算法的改进消除光纤检波器系统对外界环境噪声的响应。

综上所述，为了解决上述面临的技术瓶颈，搭建高性能的光纤检波器系统，目前迫切需要一种消除光纤检波器系统噪声的方法。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是，提供一种高性能的光纤检波器系统一级消除光纤检波器系统噪声的方法。

本发明提供了一种消除光纤检波器系统噪声的装置，包括，泵浦光源1、参考光纤检波器2、第一密集波分复用器3、非平衡干涉仪4、第二密集波分复用器5、光电探测器阵列6、数据采集与信号处理单元7，所述泵浦光源1分别与光纤检波器阵列和参考光纤检波器2连接，用于向所述光纤检波器阵列和参考光纤检波器2提供泵浦能量，激发所述光纤检波器阵列产生第一激光输出和激发所述参考光纤检波器2产生第二激光输出；所述第一密集波分复用器3分别与所述光纤检波器阵列和参考光纤检波器2连接，用于接收所述第一激光输出和所述第二激光输出，并合成第三激光输出；所述非平衡干涉仪4与所述第一密集波分复用器3连接，用于接收所述第三激光输出，并将所述第一激光输出和所述第二激光输出的波长漂移信号转换成相位信号；所述第二密集波分复用器5与所述非平衡干涉仪4连接，用于接收所述第三激光输出，并分离为所述第一激光输出和第二激光输出，并输送至光电探测器阵列6；所述光电探测器阵列6与所述第二密集波分复用器5连接，用于将所述第一激光输出的激光信号转换为第一电信号，将所述第二激光输出的激光信号转换为第二电信号；所述数据采集与信号处理单元7与所述光电探测器阵列6连接，用于采集所述第一电信号和第二电信号并对其进行处理，得到传感光纤检波器阵列产生激光输出的第一波长漂移信号和参考光纤检波器2产生激光输出的第二波长漂移信号，获得外界信息及光纤检波器系统自身的环境噪音，用于消除光纤检波器系统噪声。

根据本发明的一个实施方式，所述的装置，还包括光耦合器8，用于将泵浦光源1的输出光分为两路输出，所述光耦合器8包括光耦合器输入端、第一输出端和第二输出端；所述光耦合器输入端与泵浦光源1连接；所述第一输出端与所述光纤检波器阵列连接；所述第二输出端与所述参考光纤检波器2连接。

根据本发明的一个实施方式，所述的装置，还包括第一波分复用器9和第二波分复用器10，所述第一波分复用器9用于实现所述泵浦光源1的输出光和所述第一激光输出的双向传输；所述第二波分复用器10用于实现所述泵浦光源1的输出光和所述第二激光输出的双向传输；所述第一波分复用器9的输入端口与所述光耦合器8的第一输出端口连接；所述第一波分复用器9的公共端与所述传感光纤检波器阵列连接；所述第一波分复用器9的激光输出端口与所述第一密集波分复用器3的输入端口连接；所述第二波分复用器10的输入端口与所述光耦合器8的第二输出端口连接；所述第二波分复用器10的公共端与所述参考光纤检波器2连接；所述第二波分复用器10的激光输出端口与所述第一密集波分复用器3的输入端口连接。

根据本发明的一个实施方式，所述第一密集波分复用器3和第二密集波分复用器5的通道波长与所述光纤检波器阵列的波长和所述参考光纤检波器2的波长一致。

根据本发明的一个实施方式，所述非平衡干涉仪4是一个或多个，当所述非平衡干涉仪4为多个时，相互之间并联。

根据本发明的一个实施方式，所述非平衡干涉仪4是非平衡迈克尔逊干涉仪或者非平衡马赫曾德干涉仪中的至少一种。

根据本发明的一个方面，提供了一种消除光纤检波器系统噪声的方法，包括，第一步骤s1，向光纤检波器阵列和参考光纤检波器2提供泵浦能量，激发所述光纤检波器阵列产生第一激光输出和激发所述参考光纤检波器2产生第二激光输出；第二步骤s2，接收所述第一激光输出和所述第二激光输出，并合成第三激光输出；第三步骤s3，接收所述第三激光输出，并将所述第一激光输出和所述第二激光输出的波长漂移信号转换成相位信号；第四步骤s4，接收所述第三激光输出，并分离为所述第一激光输出和第二激光输出，并输送至光电探测器阵列6；第五步骤s5，将所述第一激光输出的激光信号转换为第一电信号，将所述第二激光输出的激光信号转换为第二电信号；第六步骤s6，采集所述第一电信号和第二电信号并对其进行处理，得到传感光纤检波器阵列产生激光输出的第一波长漂移信号和参考光纤检波器2产生激光输出的第二波长漂移信号，获得外界信息及光纤检波器系统自身的环境噪音，用于消除光纤检波器系统噪声。

根据本发明的另一个方面，提供了一种光纤检波器系统解调仪，所述光纤检波器系统解调仪由泵浦光源1、光耦合器8、第一波分复用器9、第二波分复用器10、参考光纤检波器2、第一密集波分复用器3、非平衡干涉仪4、第二密集波分复用器5、光电探测器阵列6和数据采集与信号处理单元7组成，其中，光耦合器8输入端口与泵浦光源1的输出端口连接；光耦合器8的第一输出端口与第一波分复用器9的输入端口连接，光耦合器8的第二输出端口与第二波分复用器10的输入端口连接；第一波分复用器9的公共端与光纤检波器阵列连接，其激光输出端与第一密集波分复用器3连接；第二波分复用器10的公共端与光纤检波器阵列连接，其激光输出端与第一密集波分复用器3连接；第一密集波分复用器3其输出端口与非平衡干涉仪4的输入端口连接；第二密集波分复用器5，其输入端口与非平衡干涉仪4的输出端口连接，其输出端口与光电探测阵列的输入端口连接；光电探测器阵列6的输入端口与第二密集波分复用器5的输出端口连接；数据采集与信号处理单元7的输入端口与光电探测器阵列6的输出端口连接。

本发明采用参考光纤检波器，采集本身环境的干扰，以及外界信号，消除光纤检波器系统噪声，能够有效消除光纤检波器系统对外界环境噪声的响应；采用光耦合器，使得两路泵浦光相互隔离；采用各波分复用组件，改善了信号传输，简化了信号传输线路，本发明所述的光纤检波器系统解调仪实用，能推动光纤检波器系统在工程化应用中的发展。

附图说明

图1是一种消除光纤检波器系统噪声的装置的示意图；

图2是光耦合器的示意图；

图3是第一波分复用器和第二波分复用器的示意图；以及

图4是一种消除光纤检波器系统噪声的方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本发明中的组件、技术，以便本发明的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本发明权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。

图1示出了一种消除光纤检波器系统噪声的装置的示意图。

如图1所示，一种消除光纤检波器系统噪声的装置，包括：泵浦光源1、参考光纤检波器2、第一密集波分复用器3、非平衡干涉仪4、第二密集波分复用器5、光电探测器阵列6、数据采集与信号处理单元7，所述泵浦光源1分别与光纤检波器阵列和参考光纤检波器2连接，用于向所述光纤检波器阵列和参考光纤检波器2提供泵浦能量，激发所述光纤检波器阵列产生第一激光输出和激发所述参考光纤检波器2产生第二激光输出；所述第一密集波分复用器3分别与所述光纤检波器阵列和参考光纤检波器2连接，用于接收所述第一激光输出和所述第二激光输出，并合成第三激光输出；所述非平衡干涉仪4与所述第一密集波分复用器3连接，用于接收所述第三激光输出，并将所述第一激光输出和所述第二激光输出的波长漂移信号转换成相位信号；所述第二密集波分复用器5与所述非平衡干涉仪4连接，用于接收所述第三激光输出，并分离为所述第一激光输出和第二激光输出，并输送至光电探测器阵列6；所述光电探测器阵列6与所述第二密集波分复用器5连接，用于将所述第一激光输出的激光信号转换为第一电信号，将所述第二激光输出的激光信号转换为第二电信号；所述数据采集与信号处理单元7与所述光电探测器阵列6连接，用于采集所述第一电信号和第二电信号并对其进行处理，得到传感光纤检波器阵列产生激光输出的第一波长漂移信号和参考光纤检波器2产生激光输出的第二波长漂移信号，获得外界信息及光纤检波器系统自身的环境噪音，用于消除光纤检波器系统噪声。

所述光纤检波器阵列即为传感光纤检波器阵列。当外界环境变化时，其输出激光波长为产生漂移；所述传感光纤检波器阵列用于探测外界信号，如地震波等等。

所述参考光纤检波器2也构成阵列形式，当本发明所述的装置本身收到外界环境的干扰时，所述参考光纤检波器2输出激光波长为产生漂移；所述传感光纤检波器阵列用于探测光纤检波器系统解调仪自身的环境噪音，如振动、声音等等。

泵浦光源1，其输出泵浦光分为两路，一路用于向传感光纤检波器阵列提供泵浦能量，激发光纤检波器阵列产生激光器输出；另一路用于向参考光纤检波器2提供泵浦能量，激发参考光纤检波器2产生激光输出。

所述泵浦光源1提供泵浦能量，激发所述光纤检波器阵列和所述参考光纤检波器2，产生各自的激光输出，两路激光输出由第一密集波分复用器3并合成一路，作为第三激光输出。所述第三激光输出传输至非平衡干涉仪4转换成相位信号。所述第三激光输出传输至第二密集波分复用器5，恢复成为两路输出，然后经过光信号向电信号的转变，由所述数据采集与信号处理单元7进行处理，得到外界信息及光纤检波器系统自身的环境噪音，以消除光纤检波器系统噪声。

图2示出了光耦合器的示意图。

如图2所示，所述的装置，还包括光耦合器8，用于将泵浦光源1的输出光分为两路输出，所述光耦合器8包括光耦合器8输入端、第一输出端和第二输出端；所述光耦合器8输入端与泵浦光源1连接；所述第一输出端与所述光纤检波器阵列连接；所述第二输出端与所述参考光纤检波器2连接。

所述光耦合器8对输入、输出电信号有良好的隔离作用，其输入端口与泵浦光源1的输出端口连接，用于将泵浦光源1输出光分为两路输出；其第一输出端口输出泵浦光进入传感光纤检波器阵列作为泵浦光使用；其第二输出端口输出泵浦光进入参考光纤检波器2作为泵浦光使用。从而使两路泵浦光相互隔离。

图3示出了第一波分复用器和第二波分复用器的示意图。

如图3所示，所述的装置，还包括第一波分复用器9和第二波分复用器10，所述第一波分复用器9用于实现所述泵浦光源1的输出光和所述第一激光输出的双向传输；所述第二波分复用器10用于实现所述泵浦光源1的输出光和所述第二激光输出的双向传输；所述第一波分复用器9的输入端口与所述光耦合器8的第一输出端口连接；所述第一波分复用器9的公共端与所述传感光纤检波器阵列连接；所述第一波分复用器9的激光输出端口与所述第一密集波分复用器3的输入端口连接；所述第二波分复用器10的输入端口与所述光耦合器8的第二输出端口连接；所述第二波分复用器10的公共端与所述参考光纤检波器2连接；所述第二波分复用器10的激光输出端口与所述第一密集波分复用器3的输入端口连接。

由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从两个至几十个不等，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小。

对于传感光纤检波器阵列，泵浦光源1产生的泵浦光向所述传感光纤检波器阵列传输，而所述传感光纤检波器阵列产生的激光输出油从所述传感光纤检波器阵列向外输出，利用波分复用器就可以将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输。本发明中应用第一波分复用器9和第二波分复用器10简化了装置的结构，优化了信号传输路径。

所述第一波分复用器9其工作波长与泵浦光源1及传感光纤检波器阵列的波段一致；所述第二波分复用器10其工作波长与泵浦光源1及参考光纤检波器2的波段一致。

所述光耦合器8将泵浦光源1输出光分为两路输出；其第一输出端口输出泵浦光经过第一波分复用器9进入传感光纤检波器阵列作为泵浦光使用；其第二输出端口输出泵浦光经过第二波分复用器10进入参考光纤检波器2作为泵浦光使用。

根据本发明的一种实施方式，所述第一密集波分复用器3和第二密集波分复用器5的通道波长与所述光纤检波器阵列的波长和所述参考光纤检波器2的波长一致。

根据本发明的一种实施方式，所述非平衡干涉仪4是一个或多个，当所述非平衡干涉仪4为多个时，相互之间并联。

在图1-3中，所述非平衡干涉仪4为一个，还可以并联的形式连接不同类型或相同类型的非平衡干涉仪4，相互之间进行结果的修正。

根据本发明的一种实施方式，所述非平衡干涉仪4是非平衡迈克尔逊干涉仪或者非平衡马赫曾德干涉仪中的至少一种。

图4示出了一种消除光纤检波器系统噪声的方法的步骤示意图。

如图4所示，一种消除光纤检波器系统噪声的方法，包括，第一步骤s1，向光纤检波器阵列和参考光纤检波器2提供泵浦能量，激发所述光纤检波器阵列产生第一激光输出和激发所述参考光纤检波器2产生第二激光输出；第二步骤s2，接收所述第一激光输出和所述第二激光输出，并合成第三激光输出；第三步骤s3，接收所述第三激光输出，并将所述第一激光输出和所述第二激光输出的波长漂移信号转换成相位信号；第四步骤s4，接收所述第三激光输出，并分离为所述第一激光输出和第二激光输出，并输送至光电探测器阵列6；第五步骤s5，将所述第一激光输出的激光信号转换为第一电信号，将所述第二激光输出的激光信号转换为第二电信号；第六步骤s6，采集所述第一电信号和第二电信号并对其进行处理，得到传感光纤检波器阵列产生激光输出的第一波长漂移信号和参考光纤检波器2产生激光输出的第二波长漂移信号，获得外界信息及光纤检波器系统自身的环境噪音，用于消除光纤检波器系统噪声。

根据本发明的另一个方面，一种光纤检波器系统解调仪，所述光纤检波器系统解调仪由泵浦光源1、光耦合器8、第一波分复用器9、第二波分复用器10、参考光纤检波器2、第一密集波分复用器3、非平衡干涉仪4、第二密集波分复用器5、光电探测器阵列6和数据采集与信号处理单元7组成，其中，光耦合器8输入端口与泵浦光源1的输出端口连接；光耦合器8的第一输出端口与第一波分复用器9的输入端口连接，光耦合器8的第二输出端口与第二波分复用器10的输入端口连接；第一波分复用器9的公共端与光纤检波器阵列连接，其激光输出端与第一密集波分复用器3连接；第二波分复用器10的公共端与光纤检波器阵列连接，其激光输出端与第一密集波分复用器3连接；第一密集波分复用器3其输出端口与非平衡干涉仪4的输入端口连接；第二密集波分复用器5，其输入端口与非平衡干涉仪4的输出端口连接，其输出端口与光电探测阵列的输入端口连接；光电探测器阵列6的输入端口与第二密集波分复用器5的输出端口连接；数据采集与信号处理单元7的输入端口与光电探测器阵列6的输出端口连接。

本发明采用参考光纤检波器，采集本身环境的干扰以及外界信号，消除光纤检波器系统噪声，能够有效消除光纤检波器系统对外界环境噪声的响应；采用光耦合器，使得两路泵浦光相互隔离；采用各波分复用组件，改善了信号传输，简化了信号传输线路，本发明所述的光纤检波器系统解调仪实用，能推动光纤检波器系统在工程化应用中的发展。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。