一种基于Sagnac干涉仪的振动传感装置的制作方法

本发明涉及光纤传感领域，尤其是一种基于sagnac干涉仪的振动传感装置。

背景技术：

1、光纤传感系统因具有抗电磁干扰能力强、探测端无电、耐恶劣环境等独特的优点在环境监测、资源勘探、生物医疗、航空航天等许多实际场合以及科研领域都有了广泛的应用。干涉型光纤振动传感器采用的光纤兼具传输信号和感知外界信号的功能。当系统的传感单元加载振动信号时，光纤中传输的光波相位会发生相应的变化，因此检测返回的相位变化就可以得到振动信号的相关信息。相位调制光纤振动系统主要有几种类型：马赫-增德尔(mach-zehnder)型、迈克尔逊(michelson)型、萨格纳克(sagnac)型和法布里-珀罗(fabry-perot)型，它们的结构组成比较灵活多样。

2、基于直线型sagnac干涉原理的分布式光纤振动传感系统，可通过检测振动、声音信号造成的光相位变化，实现对区域入侵事件的准确还原，具有频率响应高、不存在相位衰落、激光线宽要求低、信号解调简单等优势。但是常用的是在直线型sagnac干涉仪的前端采用波分复用技术，会使得耦合器的数量需求较大，由此容易导致成本增大。此外，如申请号为201110008557.6公开的一种分布式光纤振动传感器，使用法拉第旋镜以补偿偏振衰落问题，但是根据实际测试在此种光路构型中由于光路所处环境的温度变化以致法拉第旋镜无法改善偏振衰落，仍存在两路光束偏振串扰问题。

3、因此，还有待进一步改进。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于sagnac干涉仪的振动传感装置，避免了干涉仪的偏振串扰问题，以较低的器件成本实现多通道、高精度以及高分辨率的实时应变传感。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于sagnac干涉仪的振动传感装置，包括：

3、宽线宽光源模块，包括放大自发辐射光源和环形器，所述放大自发辐射光源的输出端连接到环形器的输入端；

4、直线型sagnac模块；

5、复用传感模块，包括x个第一密集波分复用器和x个光纤镜，每个密集波分复用器对应一个光纤镜；以及

6、耦合器解调模块；其特征在于：

7、所述直线型sagnac模块包括依次连接的第一耦合器、消偏器以及第二耦合器，所述环形器的输出端连接到第一耦合器的其中一个输入端，所述第一耦合器的输出端中的其中两个分别连接到第二耦合器的输入端，所述消偏器设置在第一耦合器和第二耦合器连接的其中一路光路上，所述第二耦合器的输出端连接到复用传感模块的第一密集波分复用器；

8、所述耦合器解调模块包括y个第二密集波分复用器和ny个光电探测器，每个第二密集波分复用器对应n个光电探测器，所述第二密集波分复用器还分别连接第一耦合器的输入端和环形器。

9、利用直线型sagnac干涉仪，其平衡式的干涉仪结构保证了白光干涉能轻松实现(减低了其他干涉仪对干涉光线宽的要求，并避免了其他干涉仪因为光源干涉距离受限而需要的精确的光路配长所带来的麻烦)，同时直线型sagnac干涉仪传感光纤入射光和返回光共光路，单根传感光纤更有助于实际应用，引入了消偏器，确保干涉的两路光束中至少有一路在相互垂直的两个方向上都有偏振分量，从而避免两路光束偏振相互完全垂直从而没有干涉现象发生，确保后续干涉的两束光偏振方向相同，解决了直线型sagnac干涉仪中偏振串扰问题；在直线型sagnac在传感器端和光电探测端引入的波分复用与解波分复用，利用共同的干涉光路，能够保证各个通道的一致性；采用后端波分复用技术路线，所有传感器共用一套干涉仪主体光路，有效减少了耦合器、消偏器的数量，进一步降低了成本。

10、优选的，所述第一耦合器和第二耦合器连接的其中一路光路上设置有延迟线，延迟线可使振动信号对光束调制后返回干涉的两路光束相位不同且相位差固定，从而满足产生干涉现象的条件。

11、优选的，根据本发明的一个方面，所述第一耦合器为3×3耦合器，所述第二耦合器为2×1耦合器，y＝3，两个第二密集波分复用器连接到第一耦合器的输入端，而另一个第二密集波分复用器连接环形器。

12、优选的，根据本发明的另一个方面，所述第一耦合器为2×1耦合器，所述第二耦合器为2×1耦合器，y＝2，其中一个第二密集波分复用器连接到第一耦合器的输入端，而另一个第二密集波分复用器连接环形器。

13、优选的，为便于为光电探测器探测到的信号进行解调，所述耦合器解调模块还包括模数转换器和个人计算机，所述光电探测器电连接到模数转换器，所述模数转换器电连接到个人计算机。

14、优选的，所述放大自发辐射光源出射的激光的波长范围在1528～1563nm。

15、优选的，所述第一密集波分复用器和第二密集波分复用器采用大于100ghz的指定频率，分出来的通道带宽小于1.6nm。

16、优选的，为确保消偏器可消偏，所述消偏器由长度分别为ld与2ld的双折射晶体沿主轴45°连接组成，其中δn为双折射率差、δλ为所述第一密集波分复用器和第二密集波分复用器的带宽，并且满足：

17、与现有技术相比，本发明的优点在于：利用直线型sagnac干涉仪，其平衡式的干涉仪结构保证了白光干涉能轻松实现(减低了其他干涉仪对干涉光线宽的要求，并避免了其他干涉仪因为光源干涉距离受限而需要的精确的光路配长所带来的麻烦)，同时直线型sagnac干涉仪传感光纤入射光和返回光共光路，单根传感光纤更有助于实际应用，引入了消偏器，确保干涉的两路光束中至少有一路在相互垂直的两个方向上都有偏振分量，从而避免两路光束偏振相互完全垂直从而没有干涉现象发生，确保后续干涉的两束光偏振方向相同，解决了直线型sagnac干涉仪中偏振串扰问题；在直线型sagnac在传感器端和光电探测端引入的波分复用与解波分复用，利用共同的干涉光路，能够保证各个通道的一致性；采用后端波分复用技术路线，所有传感器共用一套干涉仪主体光路，有效减少了耦合器、消偏器的数量，进一步降低了成本。

技术特征：

1.一种基于sagnac干涉仪的振动传感装置，包括：

2.根据权利要求1所述的基于sagnac干涉仪的振动传感装置，其特征在于：所述第一耦合器(3)和第二耦合器(6)连接的其中一路光路上设置有延迟线(5)。

3.根据权利要求1所述的基于sagnac干涉仪的振动传感装置，其特征在于：所述第一耦合器(3)为3×3耦合器，所述第二耦合器(6)为2×1耦合器，y＝3，两个第二密集波分复用器(9)连接到第一耦合器(3)的输入端，而另一个第二密集波分复用器(9)连接环形器(2)。

4.根据权利要求1所述的基于sagnac干涉仪的振动传感装置，其特征在于：所述第一耦合器(3)为2×1耦合器，所述第二耦合器(6)为2×1耦合器，y＝2，其中一个第二密集波分复用器(9)连接到第一耦合器(3)的输入端，而另一个第二密集波分复用器(9)连接环形器(2)。

5.根据权利要求1所述的基于sagnac干涉仪的振动传感装置，其特征在于：所述耦合器解调模块还包括模数转换器(11)和个人计算机(12)，所述光电探测器(10)电连接到模数转换器(11)，所述模数转换器(11)电连接到个人计算机(12)。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的基于sagnac干涉仪的振动传感装置，其特征在于：所述放大自发辐射光源(1)出射的激光的波长范围在1528～1563nm。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的基于sagnac干涉仪的振动传感装置，其特征在于：所述第一密集波分复用器(7)和第二密集波分复用器(9)均采用大于100ghz的指定频率并且分出来的通道带宽小于1.6nm。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的基于sagnac干涉仪的振动传感装置，其特征在于：所述消偏器(4)

技术总结
本发明公开了一种基于Sagnac干涉仪的振动传感装置，包括：宽线宽光源模块，包括放大自发辐射光源和环形器，所述放大自发辐射光源的输出端连接到环形器的输入端；直线型Sagnac模块；复用传感模块，包括x个第一密集波分复用器和x个光纤镜，每个密集波分复用器对应一个光纤镜；以及耦合器解调模块；所述直线型Sagnac模块包括依次连接的第一耦合器、消偏器以及第二耦合器，所述环形器的输出端连接到第一耦合器的其中一个输入端，所述第一耦合器的输出端中的其中两个分别连接到第二耦合器的输入端，所述消偏器设置在第一耦合器和第二耦合器连接的其中一路光路上，所述第二耦合器的输出端连接到复用传感模块的第一密集波分复用器。

技术研发人员：金新刚,刘志海,金威,高家兴,鲁逸飞
受保护的技术使用者：嘉兴旭锐电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17