多通道光纤相差干涉仪同步控制装置及方法与流程

本申请涉及光纤器件，特别涉及一种多通道光纤相差干涉仪同步控制装置及方法。

背景技术：

1、干涉型光纤陀螺仪和光纤电流传感器都是基于光学相位差干涉的测量仪表。为满足多通道测量需求，光纤陀螺仪和光纤电流传感器中光、电元器件的多路复用技术是降低传感器成本、减小体积的有效方法。

2、现有技术方案中多采用时分复用技术实现多通道测量需求，通过分时段调制，在一个采样时间周期内依次完成对各通道光学信号的探测和解调。时分复用技术中，由于传感器的测量通道数增多导致一个采样时间周期加长，各通道传感器的降采样输出问题突出，降低了传感器信噪比，严重时会影响传感器测量性能。

技术实现思路

1、本申请要解决的技术问题是现有光学相位差干涉中多通道测量需求情形下的测量性能降低的问题，为此，本申请提出了一种多通道光纤相差干涉仪同步控制装置及方法。

2、针对上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

3、第一方面，本申请技术方案提供一种多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，包括信号处理单元、光电采集单元和传感单元，其中：

4、所述信号处理单元包括探测器采样电路、数字处理模块和多通道调制电路；所述探测器采样电路用于采集携带被测量信息的采样信号；所述数字处理模块用于生成不同频率的调制信号以及对所述采样信号进行解调得到所述被测量信息；所述多通道调制电路用于在所述数字处理模块的控制下输出所述调制信号至所述光电采集单元，其中每一个调制电路通道对应一个频率；

5、所述光电采集单元包括光源、探测器和分光光路，所述光源发出的初始光通过所述分光光路分为多路初始光信号，每路初始光信号与一个频率的调制信号发送至所述传感单元的一个传感通路中；所述分光光路还用于接收所述传感单元返回的携带有所述被测量信息的感应光信号，并将其发送至所述探测器；所述探测器接收到的多个感应光信号的叠加信号作为所述采样信号供所述探测器采样电路采集；

6、所述传感单元包括多路传感通路，每一传感通路包括相连接的调制光路和传感光路，每一所述调制光路接收一个频率的调制信号和初始光信号，利用调制信号对初始光信号进行相位调制，调制后的初始光信号进入传感光路后返回携带被测量信息的光信号，携带被测量信息的光信号返回调制光路中再次进行相位调制后产生感应光信号，所述感应光信号返回至所述光电采集单元中，经分光光路传输至所述探测器。

7、一些方案中所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，还包括：

8、光电连接器，设置于所述分光光路与所述调制光路之间，所述光电连接器配置有电信号插接端子和光信号插接端子，所述电信号插接端子用于传输调制信号，所述光信号插接端子用于传输初始光信号和感应光信号。

9、一些方案中所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，所述分光光路由单个多路光纤耦合器实现或由多个光纤耦合器组合实现。

10、一些方案中所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，

11、每一所述调制光路包括相连接的起偏器和相位调制器；所述传感光路包括敏感光纤环。

12、一些方案中所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，所述数字处理模块生成的不同频率的调制信号中，最大频率值小于最小频率值的二倍。

13、一些方案中所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，所述数字处理模块生成的调制信号为数字信号，所述多通道调制电路中的每一调制电路通道用于将一个频率的调制信号转换为对应频率的正弦调制信号。

14、一些方案中所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，

15、所述数字处理模块用于对所述采样信号进行解析，确定所述采样信号中的不同频率的特征分量，提取每一特征分量的谐波分量幅值，对每一谐波分量幅值进行解调处理，并计算得到每一特征分量携带的相移量，根据所述相移量确定所述被测量信息。

16、第二方面，本申请技术方案提供一种多通道光纤相差干涉仪同步控制方法，包括：

17、确定光纤相差干涉仪的通道数量并生成与通道数量相同的调制信号，不同调制信号的频率不同；

18、控制每一频率的调制信号对应地经过调制电路通道输出；

19、接收采样信号，解析所述采样信号中不同频率的特征分量；

20、提取每一特征分量的谐波分量幅值，对每一谐波分量幅值进行解调处理，并计算得到每一特征分量携带的相移量；

21、根据所述相移量确定所述被测量信息。

22、一些方案中所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制方法，所述控制每一频率的调制信号对应地经过调制电路通道输出，包括：

23、每一调制电路为其内传输的调制信号分配电压幅值和调制频率得到正弦调制信号。

24、一些方案中所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制方法，所述提取每一特征分量的谐波分量幅值，对每一谐波分量幅值进行解调处理得到每一谐波分量幅值携带的相移量中：

25、若所述多通道光纤相差干涉仪应用于光纤电流传感器中，则所述相移量为电流产生的磁场引起的法拉第相移；若所述多通道光纤相差干涉仪应用于光纤陀螺中，则所述相移量为角速度引起的sagnac相移。

26、本申请的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

27、本申请提供的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置及方法，通过信号处理单元对多个传感通路施加不同频率的调制信号，每一个传感通路返回携带有被测量信息的感应光信号，利用探测器接收多个传感通路的感应光信号，多个传感通路的感应光信号叠加为一个整体信号后被探测器采样电路采集，数字处理模块对采集到的包含全部感应光信号的总的采样信号并解调，从而实现了对多通道光学测量信号的同步解调。通过本方案实现了多通道传感单元的实时测量，并且本方案采用的信号处理单元、光电采集单元和传感单元所采用的硬件结构可便捷更换，有效降低了传感器测量组件的物料成本和运维成本。并且，本申请方案中数字处理模块对于多个通道传感通路的感应光信号的解调是同步进行的，不会造成采样周期的延长，也不会影响传感器的信噪比，确保了多通道光纤相差干涉仪的性能。

技术特征：

1.一种多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，其特征在于，包括信号处理单元、光电采集单元和传感单元，其中：

2.根据权利要求1所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，其特征在于：

7.根据权利要求1-6任一项所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制装置，其特征在于：

8.一种多通道光纤相差干涉仪同步控制方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制方法，其特征在于，所述控制每一频率的调制信号对应地经过调制电路通道输出，包括：

10.根据权利要求9所述的多通道光纤相差干涉仪同步控制方法，其特征在于，所述提取每一特征分量的谐波分量幅值，对每一谐波分量幅值进行解调处理，并计算得到每一特征分量携带的相移量中：

技术总结
本申请公开一种多通道光纤相差干涉仪同步控制装置及方法，通过信号处理单元对多个传感通路施加不同频率的调制信号，每一个传感通路返回携带有被测量信息的感应光信号，利用探测器接收多个传感通路的感应光信号，多个传感通路的感应光信号叠加为一个整体信号后被探测器采样电路采集，数字处理模块对采集到的包含全部感应光信号的总采样信号解调，从而实现了对多通道光学测量信号的同步解调。通过本方案实现了多通道传感单元的实时测量，在不影响各通道测量性能的同时，降低了物料成本和运维成本。

技术研发人员：刘东伟,王强龙,肖浩,李建光,刘博阳
受保护的技术使用者：北京世维通光智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11