CN104374414A - 一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统 - Google Patents

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杜鹏
施斐
徐天福
易雪松
罗有国
刘传泳
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State Grid Corp of China SGCC
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Power Supply Branch Guo Wang Jiangxi Province Utilities Electric Co Ganzhou
State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本发明公开了一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统，涉及光纤光栅传感技术领域，该解调系统包括宽带光源、光纤光栅、光纤耦合器、光纤准直器、光纤准直透镜、体全息光栅、透镜、光电探测器、信号处理系统、无线发射装置、无线接收装置。该解调系统中全息光栅解调系统简单，传感器具有无源特性，本装置抗电磁干扰的性能强，重量轻，绝缘，同时具有耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能，足够在恶劣的环境下提供精确的监测数据。

Description

一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感技术领域，特别涉及一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统。 
背景技术
随着光纤光栅制作工艺的成熟，光纤光栅开始逐渐应用在传感领域。与其他传感器相比，光纤光栅传感器有体积小、重量轻、灵敏性高、准确性高、灵活方便、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强、耐高温等优点，可以广泛用于监测应变、温度、裂缝、位移、振动、应力等物理量。因此光纤光栅被越来越多的研究人员所关注。 
光纤光栅的监测原理是由于光纤光栅的中心波长随着温度和应力的变化而变化，因此如果能够精确的测量其中心波长的漂移就可以推算出相应的温度或者应力的变化量。 
现有的光纤光栅解调仪通常是基于可调谐法布里—波罗滤波器为原理，但是由于其核心器件调谐法布里—波罗滤波器中的压电体具有迟滞蠕动性、回滞性等缺点，从而导致其测量的实时性差，而且会产生测量结果与实际值的漂移。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统，通过采用体全息光栅，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。 
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统，其特征在于：所述基于体全息光栅的解调系统包括宽带光源、光纤光栅、光纤耦合器、光纤准直器、光纤准直透镜、体全息光栅、透镜、光电探测器、信号处理系统、无线发射装置、无线接收装置，该解调系统工作过程为： 
(1)利用体全息光栅用来分开各种波长的光，并且将不同波长的光以各自确定的角度射入聚焦透镜上，在光电探测器阵列的不同位置收到不同波长的光，从而分辨各种波长的光； 
(2)光源经过光纤耦合器后传送到光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅反射随带信息的光信号回到光纤耦合器； 
(3)反射光信号通过光纤耦合器进入光纤准直透镜，入射到体全息光栅上，被体全息光栅按不同波长分开； 
(4)光电探测器阵列不同位置接收到被体全息光栅分开的不同波长光，信号处理系统处理处波长和强度的光谱信息； 
(5)处理后的信息传输至无线发射装置，并被无线接收装置接收。 
优选的，所述无线接收模块放置在距其一定距离的监控房里。 
优选的，所述本解调系统室外装有太阳能电池。 
优选的，所述光纤耦合器为FC光纤耦合器。 
优选的，所述光电探测器为光子探测器。 
优选的，所述信号处理系统中设有数字信号处理器。 
采用以上技术方案的有益效果是：该基于体全息光栅的光纤光栅解调系统中全息光栅解调系统简单，传感器具有无源特性，本装置抗电磁干扰的性能强，重量轻，绝缘，同时具有耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能，足够在恶劣的环境下提供精确的监测数据，该解调系统可以在野外监测并长距离无线发送数据，在野外所用到的能源可以采用太阳能电池或风能提供，环保节能，该监测系统适用于各种天气，抗电磁干扰能力强，测量精度高，可以长期的维持系统的稳定。 
附图说明
图1是本发明一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统结构示意图； 
图2是本发明一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统工作原理示意图。 
其中，1—宽度光源、2—光纤耦合器、3—光纤布拉格光栅(FBG)、4—光纤准直透镜、5—体全息光栅、6—透镜、7—光电探测器阵列、8—信号处理系统、9—无线发射装置、10—光纤准直器。 
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统的优选实施方式。 
图1和图2出示本发明一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统的具体实施方式：该基于体全息光栅的解调系统包括宽带光源1、光纤布拉格光栅3、光纤耦合器2、光纤准直器10、光纤准直透镜4、体全息光栅5、透镜6、光电探测器阵列7、信号处理系统8、无线发射装置9、无线接收装置，该解调系统工作过程为： 
(1)利用体全息光栅5用来分开各种波长的光，并且将不同波长的光以各自确定的角度射入聚焦透镜6上，在光电探测器阵列7的不同位置收到不同波长的光，从而分辨各种波长的光； 
(2)光源经过光纤耦合器2后传送到光纤布拉格光栅3，光纤布拉格光栅3反射随带信息的光信号回到光纤耦合器2； 
(3)反射光信号通过光纤耦合器2进入光纤准直透镜4，入射到体全息光栅5上，被体全息光栅5按不同波长分开； 
(4)光电探测器阵列7不同位置接收到被体全息光栅5分开的不同波长光，信号处理系统8处理处波长和强度的光谱信息； 
(5)处理后的信息传输至无线发射装置9，并被无线接收装置接收。 
基于体全息光栅5的光纤光栅解调系统关键器件体全息光栅5是用两束波长为λr的相干激光束入射到光折变晶体中记录刻写体全息光栅，假设这两束光在晶体中与Z轴的夹角分别为θ1和θ2，经过一定时间的曝光后，在晶体中记录光栅的光栅矢量为K。然后，用波长为λ的光束入射该光栅，入射光的波矢K1和衍射波波矢K2要与波矢K组成三角形，而K1和K2的大小相等，为K1＝K2＝2π/λ，因此对于 给定的波长，K1、K2与K的夹角就可以确定，当一束含有不同波长的光照射该晶体时，对应于不同波长的入射光都会在不同方向出现衍射光。 
因此基于体相位光栅的光纤光栅解调系统，从宽带光源发出的光经过耦合器到达光纤布拉格光栅3后产生反射，此信号经光纤准直透镜4准直并照射在体全息光栅5上，因此体全息光栅5收到的是FBG传感器的反射光。不同波长的光发生不同角度的衍射,从而被分开并形成衍射带,这些衍射带然后通过透镜6聚焦照射在光电探测器阵列7的不同位置上,这样不同波长的光信号就被不同角度区分，并被光电探测器阵列7探测，探测到的光信号转化为电信号，根据光电探测器阵列7的电信号还原出对应的波长强度，解调出光纤布拉格光栅3反射的中心波长。计算光纤布拉格光栅3的中心波长的改变量，进一步解调出温度或应力等参量的改变。终止的解调结果可以通过无线发射装置发出，实现长距离的无线传输。经过无线发射装置9发出的信号被无线接收装置所接收，并且传到相应的电脑终端显示监控结果。以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种基于体全息光栅的光纤光栅解调系统，其特征在于：所述基于体全息光栅的解调系统包括宽带光源、光纤光栅、光纤耦合器、光纤准直器、光纤准直透镜、体全息光栅、透镜、光电探测器、信号处理系统、无线发射装置、无线接收装置，该解调系统工作过程为：
（1）利用体全息光栅用来分开各种波长的光，并且将不同波长的光以各自确定的角度射入聚焦透镜上，在光电探测器阵列的不同位置收到不同波长的光，从而分辨各种波长的光；
（2）光源经过光纤耦合器后传送到光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅反射随带信息的光信号回到光纤耦合器；
（3）反射光信号通过光纤耦合器进入光纤准直透镜，入射到体全息光栅上，被体全息光栅按不同波长分开；
（4）光电探测器阵列不同位置接收到被体全息光栅分开的不同波长光，信号处理系统处理处波长和强度的光谱信息；
（5）处理后的信息传输至无线发射装置，并被无线接收装置接收。
2.根据权利要求1所述的基于体全息光栅的光纤光栅解调系统，其特征在于：所述无线接收模块放置在距其一定距离的监控房里。
3.根据权利要求1所述的基于体全息光栅的光纤光栅解调系统，其特征在于：所述本解调系统室外装有太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的基于体全息光栅的光纤光栅解调系统，其特征在于：所述光纤耦合器为FC光纤耦合器。
5.根据权利要求1所述的基于体全息光栅的光纤光栅解调系统，其特征在于：所述光电探测器为光子探测器。
6.根据权利要求1所述的基于体全息光栅的光纤光栅解调系统，其特征在于：所述信号处理系统中设有数字信号处理器。
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