基于3×3耦合器解调的Mach-Zehnder干涉型光纤声传感器研究

• 作 者: 陈德胜
• 机 构: 中国科学院声学研究所
• 出 处: 中国科学院声学研究所
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 光纤传感器 声学测量 干涉仪 解调技术

光纤传感器具有其它传感器无法比拟的优点，所以近年来成为测量技术的新发展方向，光纤传感器在声学测量上的应用已成为研究热点，已被应用在石油勘探、水声探测等领域。
本文首先阐述了声信号对光信号调制的物理机制，研究分析了不同干涉型的光纤传感器的设计方案。
干涉仪输出的光经光电转换后，需要利用不同的方法解调出干涉信号，解调技术是光纤传感器的关键技术。本文分析了光纤声传感器信号解调面临的问题和难点，分析比较了不同的信号解调方案，并将3×3耦合器解调方案作为研究的重点。
本文讨论了现有的3×3耦合器解调方案的适用范围，指出了该方案的局限性，并对现有的信号解调方案进行了实质性的改进，提出了新的3×3耦合器信号处理方案和算法，突破了原有的技术框架，适用于3×3耦合器的三路信号相位差不是2π/3等普遍条件下的信号解调
具体地说：(1)推导了一般情况下3×3耦合器的输出模型；(2)提出了一种新的确定一般3×3耦合器相位差的算法；(3)证明了一般情况下任两路输出满足椭圆方程关系，提出了一般情况下利用3×3耦合器实现信号解调的方案；(4)搭建了基于3×3耦合器解调的Mach-Zehnder干涉式光纤传感器系统。
实验证明，新方案3×3耦合器解调方案大大降低了对光纤器件的要求，降低了传感器的成本，系统灵敏度较高，解决了偏振诱导信号衰弱问题，信号解调的结果较理想。初步完成了光纤声传感器这一集声、光、电一体的复杂系统，用途可面向水听器和地质检波器。该方案对于用于光栅传感器信号的解调也有很强的应用价值。