1.1研究目的及意义

随着光纤和光电子器件技术研究的不断深入，光纤传感技术得到了突飞猛进的发展。由于光纤传感器的体积小、质量轻、精度高、响应快、动态范围宽、响应快等优点，并且它具有良好的抗电磁干扰、耐腐蚀性和不导电性，所以在很多领域都应用广泛。光纤传感器发展到现在，已经可以探测很多的物理量，给人们的生活带来了极大的益处。其中探测的物理量有电压、电流、加速度、流速、压力、温度、位移、生物医学量及化学量等等。光纤振动传感器就是这些中的一员。光纤振动传感器的出现已有30来年的历史，它是测量振动信号的。

振动是一种常见的物理现象，通过振动检测可以实现结构健康监测、灾害和异常事件的预警，振动探测是光纤传感技术的一个重要研究方向和应用领域。振动测量主要是测量振动的重要参数，如振幅、频率、速度、加速度及位移等动态参数。将传感器测得的振动信号进行解调并转换为电信号，接着进行信号放大、滤波等处理工作，再将该信号进行分析、显示的整个过程即为动态测量，振动测量属于动态测型。，振动测量的方法主要包括机械式、电气式和光学式三类。(1)机械式测量方法以杠杆原理为基础，将测得的振动信号放大后直接记录下来。这种测量方法的抗干扰能力较强，但是测量的频率范围较窄，精度较低；多用于测量低频、大振幅振动。(2)电气式测量方法目前应用较为广泛，它是用电量测试仪来测量振动信号。这种测量方法灵敏度较高，但是难以抵抗电磁场的干扰，很难确保生产的安全性。(3)光学式测量方法是采用光学传感器，将振动信号的变化转换为光信号的变化来测量。这种测量方法弥补了机械式测量方法和电气式测量方法的缺陷，具有测量精度高、频带宽，响应速度快、抗干扰能力强、远距离测量等诸多优点。振动测量技术的迅速发展以及工程应用中对高精度测量技术的需求，使得研制高性能的振动传感器来进行振动信号的测量成为必然。光纤传感技术的出现使传感器领域有了突飞猛进的发展，目前国内外研究者们已经成功研制出了很多光纤振动传感器，克服了传统振动传感器的诸多缺陷，具有测量精度高、范围广、抗电磁干扰能力强、适合各种恶劣环境等优点，受到了业内人士的广泛重视。研究新的光纤振动解调方法，使光纤振动传感器更好地适用于铁轨、周界安防、光纤水听器等存在超大幅度振动信号测量需求的应用领域，是我研究基于双波长线性回归分析的相位型光纤振动解调方法的目的。

1.2国内外研究现状

如今典型的光纤振动传感器的结构原理主要有光强调制型、相位调制型、光纤布拉格光栅波长调制型、偏振态调制型、模式调制型等几种形式。相较而言位相调制传感器具有非常高的灵敏度，因此它是所有光纤传感器中最为人所知的。

近年来光纤相位调制信号的解调技术发展迅速，通过国内外机构的研究，形成了多种解调方式。（1）零差解调方式：信号臂的信号光与通过参考臂的参考光频率差为零的解调方式。无源零差法完全依靠光路和无源光器件的配置进行相位解调，有源零差法效果更好，但光路结构复杂，不利于集成，无法实现系统全光纤化。（2）外差解调方式：信号光与参考光频率差不为零的解调方式。经典方式是在光路的参考臂中加入含空气光路的声光调制器，无法实现系统全光纤化。（3）软件解调方式：面对硬件中存在的问题已有部分机构运用软件方式，对零差法得到的信号进行分析处理，但算法复杂，不易修改和推广。而且在以上相位调制型光纤振动传感器解调中，都存在相位解缠中的π相位限制原则，无法精确跟踪实际强振动信号引起的相位大范围瞬时变化。而基于３×３耦合器的解调方案，则利用不同路输出具有固定相位差的特点，解决了干涉信号的信号衰落问题。这种方案不需要载波调制，理论上可实现等臂干涉，与数字信号处理技术相结合还可以发挥运算量小、动态范围大等优点。所以我将利用双波长马赫-曾德尔干涉仪和3×3光纤耦合器数字相位解调技术，采用双波长回归分析相位解缠原理，从原理上解决传统相位解缠中的π相位限制原则，精确跟踪实际强振动信号引起的相位大范围瞬时变化，使光纤振动传感器更好地适用于铁轨、周界安防、光纤水听器等存在超大幅度振动信号测量需求的应用领域。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容及目标

(1) 熟悉干涉型光纤振动传感器相位调制和解调原理，并完成软件仿真；

(2) 了解双波长线性回归分析相位解缠原理，并完成算法仿真；

(3) 将双波长线性回归分析相位解调技术应用到光纤振动传感，实现大振动信号解调；