CN110017890A - 一种提高边沿滤波法线性解调区域的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高边沿滤波法线性解调区域的方法，其特征是，所述方法包括如下步骤：1）选取布拉格光栅；选择窄线宽激光器的中心波长；安装测试装置；4）测量反射光功率变化的频率；得到频率组成。这种方法能提高边沿滤波法的线性解调区域，让串联的两个光栅叠加反射谱的线性解调区域变宽，当频率的改变引起振幅变得过大或过小都能将频率准确测出。

Description

一种提高边沿滤波法线性解调区域的方法

技术领域

本发明涉及FBG传感技术领域，具体是一种提高边沿滤波法线性解调区域的方法。

背景技术

光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成空间的相位光栅，其作用实质是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。布拉格光纤光栅，具有灵敏度高、应用范围广,结构简单的优点，主要应用于光纤通信，光传感等领域。FBG对振动频率的测量是基于FBG反射中心波长随着外部应变作用而发生漂移的机理实现的，当加载在光纤光栅外部的周期性应变引起的振动时，FBG的中心波长也会发生周期性的漂移，通过解调波长漂移后功率的改变，接着进行光电转换后对示波器采下的数据进行傅里叶变化即可计算出振动频率。

FBG传感器用于振动频率传感时，一般采用边沿滤波法解调。传统的边沿滤波法是 利用边沿滤波器透射谱（反射谱）为线性函数这一特性，测量FBG中心波长漂移量，这一滤波 函数为，其中，K为边沿滤波器的斜率，为波长漂移量，这种解调方法通过检 测光强实现波长的解调，解调方便，成本低，复用率高，原理简单，具有良好的线性输出。但 是边沿滤波器线性区域的宽度会影响解调范围，当线性宽度较窄时，若周期性的外部振动 幅度较大，导致传感光栅的中心波长漂移量超过滤波器的线性解调区域，将导致振动信号 无法准确测量。而FBG线性解调区域通常由光纤光栅的带宽和边模抑制比决定，高边模抑制 比FBG带宽一般为0.2nm左右，严重制约基于FBG的振动传感器可测振动幅度的范围。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种提高边沿滤波法线性解调区域的方法。这种方法能提高边沿滤波法的线性解调区域，让串联的两个光栅叠加反射谱的线性解调区域变宽，当频率的改变引起振幅变得过大或过小都能将频率准确测出。

实现本发明目的的技术方案是：

一种提高边沿滤波法线性解调区域的方法，与现有技术不同的是，包括FBG测周期性振动系统，所述系统，包括环形器，环形器的端口1连接窄线宽激光器的输出端，环形器的端口2接FBG，光从光栅反射出的反射光经环形器的端口3输出，环形器的端口3接光电探测器，光电探测器连接示波器，光电探测器将输入的光进行光电转换，输出电信号入数字示波器进行观测，FBG的光栅区被贴在振动加载平台上，信号发生器的一端接振动加载装置，另一端接入数字示波器，所述振动加载装置采用平面共振喇叭，共振喇叭输出信号的频率由信号发生器控制，可从低频到高频进行调节，所述方法包括如下步骤：

1）选取布拉格光栅：在FBG测周期性振动系统中选取两个中心波长相差3dB带宽的布拉格光栅进行熔接串联作为新的FBG，两个光纤光栅串联后，其叠加反射谱的线性解调区域变宽，当频率的改变引起振幅变得过大或过小都能将频率准确测出；

2）将串联后的光栅接入环形器的端口2，环形器的端口1接窄线宽激光器光源，环形器的端口3先接光谱仪观察其串联后的光栅中心波长及带宽，将窄线宽激光器的中心波长选择在串联后光栅波谱上升沿或下降沿的一半波长处；

3）将信号发生器一个通道接入共振喇叭，另一个通道直接接入数字示波器，共振喇叭用热熔胶直接粘在防震台上，喇叭的共振平面上也用热熔胶枪贴上一块铝片，随后将串联后的光栅粘好在铝片上；

4）用正弦信号驱动共振喇叭，共振喇叭的外加振动会给Bragg光栅周期性的应力，应力作用于光栅时会产生应变，光栅的反射谱会发生漂移，周期性变化的光功率经光电转换后会在示波器上形成稳定的正弦波形，后将示波器中变化的数据采下进行傅里叶变换得知外加振动的频率，应变引起的振动频率与信号发生器源频率相同；

5）依据共振喇叭的特性，每改变一次频率，信号的振幅就会发生改变，从低频测到3kHz高频，采用数字示波器采集到的数据进行快速傅里叶变换求出实验得到的波形的频率组成。

窄线宽激光器发出的光波的中心波长选择在串联FBG反射谱上升沿（或下降沿）一半的波长处，窄线宽激光器发出的光波经光纤环形器2端口进入到串联FBG传感元件，入射光经串联FBG反射回到光纤环形器，并从光纤环形器的第三端口输出，由光电探测器进行光电转换后由示波器进行数据采集和分析。

为了准确测量振动信号的频率，信号发生器要给示波器一个同步触发信号。当外界振动事件作用到串联FBG时，振动信号引起的串联光栅反射谱中心波长漂移转换为探测到的光功率(或光强)变化进行测量，由于两个串联光栅心波长相差约一个3dB带宽，两个光纤光栅叠加之后可以获得一个谱宽更宽的叠加谱，因而可以获得更大的线性区域，由此可以实现更大振动幅度范围的振动信号的测量。

这种方法提高了边沿滤波法的线性解调区域，让串联的两个光栅叠加反射谱的线性解调区域变宽，当频率的改变引起振幅变得过大或过小都能将频率准确测出。

附图说明

图1为实施例中光栅串联后与未串联光栅带宽对比图；

图2为实施例中光纤FBG光栅测周期性振动系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

一种提高边沿滤波法线性解调区域的方法，包括光纤FBG光栅测周期性振动系统，如图1所示，所述系统包括环形器，环形器的端口1连接窄线宽激光器的输出端，环形器的端口2接FBG，光从光栅反射出的反射光经环形器的端口3输出，环形器的端口3接光电探测器，光电探测器连接示波器，光电探测器将输入的光进行光电转换，输出电信号入数字示波器进行观测，FBG的光栅区被贴在振动加载平台上，信号发生器的一端接振动加载装置，另一端接入数字示波器，所述振动加载装置采用平面共振喇叭，共振喇叭输出信号的频率由信号发生器控制，可从低频到高频进行调节，所述方法包括如下步骤：

1）选取布拉格光栅：在FBG测周期性振动系统中选取两个中心波长相差3dB带宽的布拉格光栅进行熔接串联作为FBG，两个光纤光栅串联后，其叠加反射谱的线性解调区域变宽，当频率的改变引起振幅变得过大或过小都能将频率准确测出，其原理如图2所示；

2）将串联后的光栅接入环形器的端口2，环形器的端口1接窄线宽激光器光源，环形器的端口3接光电探测器观察其中心波长及带宽，将窄线宽激光器的中心波长选择在串联后光栅波谱上升沿或下降沿的一半波长处；

3）将信号发生器一个通道接入共振喇叭，另一个通道直接接入数字示波器，共振喇叭用热熔胶直接粘在防震台上，喇叭的共振平面上也用热熔胶枪贴上一块铝片，随后将串联后的光栅粘好在铝片上；

4）用正弦信号驱动共振喇叭，共振喇叭的外加振动会给Bragg光栅周期性的应力，应力作用于光栅时会产生应变，测量反射光功率变化的频率得知外加振动的频率，光栅的反射谱会发生漂移，引起探测到的反射光光功率的变化，光功率变化的频率与应变引起的振动频率相同；

5）依据共振喇叭的特性，每改变一次频率，信号的振幅就会发生改变，从低频测到3kHz高频，采用数字示波器采集到的数据进行快速傅里叶变换求出实验得到的波形的频率组成。

本例中，选用两个中心波长相距0.2nm的光栅，一个为1550.0nm，一个为1550.2nm。

Claims (1)

1.一种提高边沿滤波法线性解调区域的方法，其特征是，包括光纤FBG光栅测周期性振动系统，所述系统包括环形器，环形器的端口1连接窄线宽激光器的输出端，环形器的端口2接光纤FBG光栅，环形器的端口3接光电探测器，光电探测器连接示波器，光纤FBG光栅的光栅区被贴在振动加载平台上，信号发生器的一端接振动加载装置，另一端接入数字示波器，所述振动加载装置采用平面共振喇叭，共振喇叭输出信号的频率由信号发生器控制，可从低频到高频进行调节，所述方法包括如下步骤：

1）选取布拉格光栅：在光纤FBG光栅测周期性振动系统中选取两个中心波长相差3dB带宽的布拉格光栅进行熔接串联作为光纤FBG光栅；

2）将串联后的光栅接入环形器的端口2，环形器的端口1接窄线宽激光器光源，环形器的端口3接光电探测器观察其中心波长及带宽，将窄线宽激光器的中心波长选择在串联后光栅波谱上升沿或下降沿的一半波长处；

3）将信号发生器一个通道接入共振喇叭，另一个通道直接接入数字示波器，共振喇叭用热熔胶直接粘在防震台上，喇叭的共振平面上也用热熔胶枪贴上一块铝片，随后将串联后的光栅粘好在铝片上；

4）用正弦信号驱动共振喇叭，共振喇叭的外加振动会给Bragg光栅周期性的应力，应力作用于光栅时会产生应变，测量反射光功率变化的频率得知外加振动的频率；

5）依据共振喇叭的特性，每改变一次频率，信号的振幅就会发生改变，从低频测到3kHz高频，采用数字示波器采集到的数据进行快速傅里叶变换求出实验得到的波形的频率组成。