CN102169272A

CN102169272A - 一种利用线性斜边滤波器的光纤光栅波长解调方法

Info

Publication number: CN102169272A
Application number: CN 201110087326
Authority: CN
Inventors: 孔德龙; 常军; 刘永宁; 宋复俊; 王宗良; 王伟杰; 张燕
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2011-08-31

Abstract

一种利用线性斜边滤波器的光纤光栅波长解调方法，属光纤光栅波长解调技术领域。装置包括ASE光源、3db耦合器、光纤光栅、线性斜边滤波器、波长分用器、光强探测阵列和A/D转换器，其特征在于ASE光源位于3db耦合器之前，3db耦合器的后面放置光纤光栅；3db耦合器经光导纤维分别与线性斜边滤波器和FBG相连；波长分用器的前端连接线性斜边滤波器，后端连接不同的光强探测阵列，光强探测阵列通过导线分别电连接到计算机系统，进而通过计算机实现波长的解调。本发明装置和方法成本低，监测方法简单且实用，可以广泛的应用于生产生活的诸多领域，比如温度、应力监测。

Description

一种利用线性斜边滤波器的光纤光栅波长解调方法

(一)技术领域

本发明涉及一种利用线性斜边滤波器的光纤光栅波长解调方法，具体讲是一种利用线性斜边滤波器、波长分用器和光电探测阵列的光纤光栅波长解调方法，属光纤光栅波长解调技术领域。

(二)技术背景

当宽谱光入射到光纤光栅中时，光纤光栅所对应的中心波长的光会被反射回去，并且光纤光栅所对应的中心波长会随着光纤光栅所受温度、应力等外界环境而改变，利用光纤光栅的这一性质把光纤光栅作为传感器的温度、应变等传感系统已经被广泛的应用于生产生活中的诸多领域。在光纤传感系统中，光纤光栅反射回的波长的值需要通过一定的方法解调，目前常见的解调方法有匹配滤波法、可调谐Fabry-Perot腔法等，实现市场化的有光谱仪、波长计等产品。根据目前的市场价格，适用于光纤传感系统的光谱仪、波长计、价格在几万元到几十万元不等。光纤传感系统的高价格，在一定程度上限制了光纤传感系统的应用范围和场所，影响了光纤传感系统的市场推广和进一步发展，如申请专利号为CN200710038145.0、发明名称为《光纤光栅高温传感系统》的专利即属于此列。而单纯的斜边滤波器解调法，虽然性价比高，但是可解调的光栅容量小，如申请号为200920172889.6、发明名称为《基于三角形谱光纤光栅的传感波长解调器》的专利即属于此列。

(三)发明内容

为了克服现有技术存在的缺点，本发明提出了一种利用线性斜边滤波器的光纤光栅波长解调方法。

本发明的技术方案如下：

一种光纤光栅波长解调装置，包括ASE光源、隔离器、3dB耦合器、FBG系列、线性斜边滤波器、波长分用器、光电探测器阵列、A/D转换器、计算机和光导纤维，其特征在于ASE光源位于隔离器之前，隔离器之后放置3db耦合器；3db耦合器的前端通过光纤和线性斜边滤波器的输入端相连，其后端通过光纤和一FBG系列相连；线性斜边滤波器的输出端通过光纤与波长分用器相连，波长分用器经光纤分别和光电探测器阵列中的每一个光电探测器相连接，使得波长分用器分出的不同波长的光传到与其对应的光电探测器上进行光电转换；每一个光电探测器的输出端连接到一个A/D转换器的输入端上，将光电探测器输出的模拟电信号转换成数字电信号；各A/D转换器的输出端连接到计算机上，对输出的各路数字电信号通过计算机进行解调处理。

所述的FBG系列中FBG个数为6-10个；光电探测器阵列中的光电探测器个数为6-10个，分别和FBG系列中的FBG对应。

所述的ASE光源是放大自发辐射光源，是一种波长范围在1525nm到1565nm的宽谱光。

所述的FBG是Fiber Bragg Grating的缩写，即光纤布拉格光栅。

ASE光源的波长范围较宽，光谱形状、功率较为稳定，并且价格较低，可以用作光纤传感系统的光源。线性斜边滤波器的输出光的光强会随着输入光的波长变化而变化，因此可以利用该特征来测量波长的变化量。

具体的说，ASE发出的光经过耦合器入射到一系列FBG中，各个FBG反射回来的光经过耦合器后分为两路。其中一路入射到隔离器内被隔离器衰减，另一路入射到线性斜边滤波器中被线性斜边滤波器调制。经线性斜边滤波器调制后的一系列FBG反射光波长不同、光强不同，经过波长分用器被分到不同的光强传感器上。光强传感器将光信号转换为电信号，并且通过A/D转换器连接到计算机。对于其中一个光强传感器，电信号的大小与对应FBG的波长成对应关系，因此可以通过计算机解调电信号的大小而实现波长的解调。

当通过本发明解调装置解调温度信息来解调波长时，在装置安装前，在预定温度下选择特定波长的FBG，并且记录这一系列特定FBG的波长值。将各FBG和与之对应的光电探测器一一对应起来，记录此时的各FBG的波长值以及该FBG对应光电探测器的电信号大小。根据装置所用的线性斜边滤波器的倾斜线性，当经过线性斜边滤波器的出射光波长不同时，对应的出射光的强度也会随着变化。不同波长的光经过波长分用器会从不同的输出端输出，与各输出端相连的光电探测器会检测出输出光的光强，并且转化为电信号的强弱。以其中某一路输出光为例，如果初始标定波长时记录电信号强度为I_标定，根据斜边滤波器的作用，则(I_实时为实时测量的电信号大小，I_标定为波长标定时测量出的电信号大小，λ_实时为实时测量时该FBG的反射波长，λ_标定为标定时该FBG的反射波长，K为线性斜边滤波器的斜率系数)。因此在系统搭建完成后，对于某一特定FBG，由光电探测器可以测出I_实时的大小，已知初始标定时的I_标定、λ_标定、K的大小，因此可以得出

这样就可以根据电信号的大小和标定波长、标定电信号的大小，实现FBG反射波长的解调

一种利用上述装置进行光纤光栅反射波长解调的方法，步骤如下：

①将上述装置连接好，打开ASE光源，使其发出的光经3db耦合器入射到同一光纤上的FBG系列中不同的FBG内；

②将光电探测器阵列中的每一个光电探测器、A/D转换器和计算机的电源接通；查看记录装置所用的线性斜边滤波器的斜率K；

③在波长为1525nm-1565nm的范围内，选择初始标定温度下不同波长的6-10个FBG，分别将这些FBG的波长λ_i标定记录下来，将每一个FBG和可以探测到该FBG反射光的光电探测器对应起来，记录此时各FBG的波长λ_i标定和其对应的电信号I_i标定的大小，其中i表示所选FBG的个数的序号；

④在某一时刻T，读取在计算机上显示的各个FBG对应光电探测器监测到的电信号大小I_i实时，计算机内部程序计算T时刻各FBG的波长

将计算后的实时波长值λ_i实时显示在计算机软件界面上，其中i表示所选FBG的个数的序号；

⑤整理并保存实时数据，结束。

本发明提出了一种利用线性斜边滤波器的光纤光栅波长解调方法。这种波长解调方法能替代光谱仪、波长计的作用，从而降低了光纤传感系统的成本。并且本发明提到的利用线性斜边滤波器和波长分用器的光纤光栅波长解调的方法能弥补边缘滤波法系统容量小的问题，在光源谱宽允许的范围内实现大容量的光栅解调。这种解调方法适用于光纤光栅的温度、应变监测，并且随着ASE光源、线性斜边滤波器、波长分路器、光电探测器的发展，解调精度会越来越高，从而代替传统的波长解调仪，将以超大的解调容量、精确的解调精度、以及低廉的成本推动光纤光栅传感技术的发展。由于ASE光源的光谱形状功率具有一定的稳定性，因此该种方法可以广泛的用来检测温度、应变等。

本发明的有益效果可根据对上述技术的具体叙述得知，包含光谱仪、波长计等解调模块的光纤传感系统价格在几万元到几十万元不等，价格较高使光纤传感系统的市场受到一定的限制。而采用了利用线性斜边滤波器和波长分用器的新型光纤传感系统使传感系统的价格得到大幅度的下降。这种系统可以广泛的应用于生产生活的诸多领域，例如温度检测、应变检测等，为保障工业安全生产、日常生活安全发挥着重要的作用。并且随着光学光器件制作工艺的进一步发展，该系统的容量会进一步提高，具有广泛的应用前景。

(四)附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

其中：1，ASE光源、2，隔离器、3，3dB耦合器、4，FBG、5，线性斜边滤波器、6，波长分用器、7，光电探测器、8、计算机、9、光导纤维、10、A/D转换器。

图2是本发明方法的程序框图，其中a-e为其各个步骤。

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本发明实施例1如图1所示，包括ASE光源1、隔离器2、3dB耦合器3、FBG系列4、线性斜边滤波器5、波长分用器6、光电探测器阵列7、A/D转换器10、计算机8和光导纤维9，其特征在于ASE光源1位于隔离器2之前，隔离器2之后放置3db耦合器3；3db耦合器3的前端通过光纤和线性斜边滤波器5的输入端相连，其后端通过光纤和一FBG系列4相连线性斜边滤波器5的输出端通过光纤与波长分用器6相连，波长分用器6经光纤分别和光电探测器阵列中的每一个光电探测器7相连接，使得波长分用器6分出的不同波长的光传到与其对应的光电探测器7上进行光电转换；每一个光电探测器7的输出端连接到一个A/D转换器10的输入端上，将光电探测器7输出的模拟电信号转换成数字电信号；各A/D转换器10的输出端连接到计算机8上，对输出的各路数字电信号经计算机8进行解调处理。

所述的FBG系列4中FBG个数为10个；光电探测器阵列中的光电探测器7个数为10个，分别和FBG系列4中的FBG对应。

实施例2：

和实施例1相同，只是所述的FBG系列4中FBG的个数及光电探测器阵列中的光电探测器7个数分别为8个。

实施例3：

和实施例1相同，只是FBG和光电探测器7的个数分别为6个。

实施例4：

一种利用上述装置进行光纤光栅反射波长解调的方法，如图2所示，步骤如下：

a、将上述装置连接好，打开ASE光源1，使其发出的光经3db耦合器3入射到同一光纤上的FBG系列中不同的FBG4内；

b、将光电探测器阵列中的每一个光电探测器7、A/D转换器10和计算机8的电源接通；查看记录装置所用的线性斜边滤波器5的斜率K；

c、在波长为的范围内，选择初始标定温度下波长为1525nm、1528nm、1531nm、1534nm、1537nm、1540nm、1543nm、1546nm、1549nm、1565nm的10个FBG，将这些波长记录下来，每一个FBG和探测到该FBG反射光的光电探测器7对应起来，记录此时各FBG的波长λ_i标定和其对应的电信号I_i标定的大小，其中i表示所选FBG的个数的序号；

d、在某一时刻T，读取在计算机上显示的各个FBG对应光电探测器监测到的电信号大小I_i实时，计算机内部程序计算T时刻各FBG的波长

e、整理并保存实时数据，结束。

实施例5：

和实施例4相同，只是步骤c中所选FBG的个数为8个，分别为1528nm、1531nm、1534nm、1537nm、1540nm、1543nm、1546nm、1549nm。

Claims

1.一种光纤光栅波长解调装置，包括ASE光源、隔离器、3dB耦合器、FBG系列、线性斜边滤波器、波长分用器、光电探测器阵列、A/D转换器、计算机和光导纤维，其特征在于ASE光源位于隔离器之前，隔离器之后放置3db耦合器；3db耦合器的前端通过光纤和线性斜边滤波器的输入端相连，其后端通过光纤和一FBG系列相连；线性斜边滤波器的输出端通过光纤与波长分用器相连，波长分用器经光纤分别和光电探测器阵列中的每一个光电探测器相连接，使得波长分用器分出的不同波长的光传到与其对应的光电探测器上进行光电转换；每一个光电探测器的输出端连接到一个A/D转换器的输入端上，将光电探测器输出的模拟电信号转换成数字电信号；各A/D转换器的输出端连接到计算机上，对输出的各路数字电信号通过计算机进行解调处理。

2.如权利要求1所述的一种光纤光栅波长解调装置，其特征在于所述的FBG系列中FBG个数为6-10个；光电探测器阵列中的光电探测器个数为6-10个，分别和FBG系列中的FBG对应。

3.一种利用权利要求1所述装置进行光纤光栅波长解调的方法，步骤如下：

④在某一时刻T，读取在计算机上显示的各个FBG对应光电探测器监测到的电信号大小I_i实时，计算机内部程序计算T时刻各FBG的波长将计算后的实时波长值λ_i实时显示在计算机软件界面上，其中i表示所选FBG的个数的序号；

⑤整理并保存实时数据，结束。