CN114502923A - 使用可调谐的光学带通滤波器询问光纤布拉格光栅型光纤传感器的方法和系统 - Google Patents

使用可调谐的光学带通滤波器询问光纤布拉格光栅型光纤传感器的方法和系统 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于询问至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG的方法。该方法包括以下步骤：用宽带激发光学辐射OA来照射光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG；将通过光纤传感器FBG传输的光谱OT或反射的光谱OR传送至至少一个可调谐的光学带通滤波器BPF，该可调谐的光学带通滤波器具有彼此互补的第一提取端口1和第二传输端口2；根据FBG传感器的光纤布拉格光栅的标称工作波长，以恒定的工作波长对光学带通滤波器BPF进行调谐；对从光学带通滤波器的第一提取端口1离开的相应的第一光学信号L1进行检测；借助于第一光电接收器PD1，将上述第一光学信号L1转换为相应的第一电信号E1，其表示由FBG光纤传感器的布拉格光栅反射或传输的光谱相对于标称工作波长的波长偏移Ah。该方法然后包括以下步骤：对第二光学信号L2进行检测，该第二光学信号从光学带通滤波器BPF的第二传输端口2离开，与第一光学信号L1在谱上互补；以及借助于第二光电接收器PDT将该第二光学信号L2转换成相应的第二电信号E2，其表示光参考功率，该光学参考功率基本上独立于滤波波长并且依赖于宽带激发光学辐射的功率，以及依赖于整个光学路径的损耗，等于相应的第一电信号E1所经受的依赖性。该方法包括基于检测到的第一电信号和检测到的第二电信号确定由光纤传感器FBG反射或传输的谱相对于标称工作波长的波长偏移Ah，使得：第一电信号的检测相对于光学辐射功率的变化和光学路径上损耗的变化得到补偿。还描述了对应的用于询问至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG的系统，其中上述光学带通滤波器BPF和上述第一和第二光电接收器PD1、PDT集成在光子集成电路中(“光子集成电路”‑PIC)。

Description

使用可调谐的光学带通滤波器询问光纤布拉格光栅型光纤传 感器的方法和系统
技术领域
本发明总体上涉及一种通过使用光纤布拉格光栅型光纤传感器来测量物理参数的方法和系统。
更具体地，本发明涉及一种使用可调谐的光学带通滤波器来询问光纤布拉格光栅型光纤传感器的方法和系统。
背景技术
光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG传感器)凭借简单和精确的性质，越来越频繁地用于测量物理量值，例如应变或温度。这种传感器是无源的，这意味着它们需要被光学辐射照射，并且由此反射或传输的谱必须被分析，以获得所需物理量值的测量。
事实上，由于检测到的物理量值的变化会导致FBG传感器的谱和/或反射峰值波长发生偏移，因此在最常见的已知解决方案中，需要扫描一定的波长范围以确定结果。
通常，在已知的解决方案中，这可以通过两种替代方式来完成：通过波长可调谐的光源(例如，可调谐激光器)进行照射，以及宽带接收；或者，通过电学或光学可调谐接收器(例如，阵列波导光栅、AWG或光谱仪)进行宽带照射和接收。
换句话说，无论是在传输侧还是在接收侧，都必须有可调谐装置，对于FBG传感器的每次询问/查询，该可调谐装置必须通过对属于一定范围的一定数量的工作波长依次进行光学或电学调谐来实现波长扫描。
由于对波长范围进行依次调谐的时间框架也可能很大，这导致了显著的缺点，这些缺点与所请求装置的复杂性(例如，传输时可调谐的激光器或接收时的光谱仪)以及响应缓慢或动态受限的问题有关。
在接收侧，一种可能的演变可以源自可调谐的光学滤波器的使用(例如，微环谐振器滤波器，例如，在每个单个滤波器包括一个或两个环的变体中)。然而，此类解决方案也经受相对缓慢的动态，因为此类系统的操作包括：通过对FBG传感器的在中心波长附近的谱进行周期性地连续扫描来调谐可调谐的光学滤波器，以识别FBG传感器谱的峰值。因此，这种装置的动态性能取决于微环谐振波长的扫描速度，该扫描速度相对较慢。
该解决方案中出现的另一个问题(如在其他先前提到的已知解决方案中)源自由于激光发射功率变化引起的杂散功率变化的影响和由光束所覆盖的光学路径的杂散可变损耗。
鉴于上述情况，强烈需要在集成光学器件中获得的用于询问FBG传感器的系统和方法，它们能够缓解上述技术问题并满足以下标准：(i)紧凑且简单的结构以及紧凑且简单的使用；(ii)改进的动态性能，具有更快的响应；(iii)对杂散损耗和/或光学照射功率的波动具有更大的抗扰性(iv)低成本；(v)对恶劣环境的鲁棒性。
对于在广泛的应用中使用的、包括对于在制动系统的垫和卡钳中执行的测量而言的重要应用领域中使用的询问FBG传感器的方法，都感受到了这种需求。
如前所述，现有技术目前提供的解决方案不能完全满足上述需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用可调谐的光学带通滤波器来询问光纤布拉格光栅型光纤传感器的方法，其允许至少部分地克服关于现有技术的上述缺点，以及满足上述需求，特别是在控制技术领域感受到的需求。
这些和其他目的通过根据权利要求1的使用可调谐的光学带通滤波器来询问光纤布拉格光栅型光纤传感器的方法来实现。
这种方法的一些有利实施方式是从属权利要求2-7的主题。
本发明的另一目的是提供一种使用可调谐的光学带通滤波器来询问光纤布拉格光栅型光纤传感器的对应系统。
该目的通过根据权利要求8的系统来实现。
这种系统的一些有利实施方式是从属权利要求9-22的主题。
附图说明
根据本发明的方法和系统的进一步的特征和优点将从以下参照附图以非限制性解释的方式提供的优选实施方式的描述中变得明显，其中：
-图1至图5通过功能框图示出了根据本发明的用于询问光纤布拉格光栅型光纤传感器的系统的各个不同实施方式；
-图6示出了在根据本发明的系统的实施方式中包括的光学带通滤波器的功能图，并且它进一步描绘了进入光学滤波器、从光学滤波器的第一提取端口离开和从光学滤波器的第二传输端口离开的光谱的示例；
-图7示出了在系统的一个实施方式中包括的光学微环谐振器带通滤波器的结构图；
-图8A和图8B分别描绘了当在输入处注入宽带光学信号时从光学滤波器的第一提取端口和第二传输端口离开的谱；
-图9示出了光纤传感器FBG的反射谱和由图7和图8中的光学带通滤波器执行的窄带采样的示例；
-图10和图11分别描绘了当在输入处注入由光纤传感器FBG反射的光谱时从光学滤波器的第一提取端口和第二传输端口离开的谱；
-图12示出了图10和图11中谱的放大细节；
-图13和图14通过功能框图示出了根据本发明的用于询问光纤布拉格光栅型光纤传感器的系统的另外两个相应实施方式。
具体实施方式
现在参考图1至图14描述一种用于询问至少一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器(为了简洁，下文也称为“FBG传感器”)的方法。
该方法首先包括以下步骤：用宽带激发光学辐射OA照射上述至少一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器，并将由至少一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器传输的光谱OT或反射的光谱OR传送到至少一个可调谐的光学带通滤波器BPF，该光学带通滤波器BPF具有彼此互补的第一提取端口1和第二传输端口2。
该方法还包括：根据光纤传感器FBG的光纤布拉格光栅的标称工作波长，以恒定的工作波长λi对光学带通滤波器BPF进行调谐。
该方法然后包括下述步骤：对从光学带通滤波器的第一提取端口1离开的相应的第一光学信号L1进行检测。这样的第一光学信号是光纤传感器FBG的光纤布拉格光栅在光学带通滤波器BPF的恒定的工作波长λi附近的传输谱OT或反射谱OR的窄带光学滤波。
然后，该方法提供通过第一光电接收器PD1将上述第一光学信号L1转换为相应的第一电信号E1，该第一电信号表示由光纤传感器FBG的布拉格光栅反射或传输的谱相对于标称工作波长的波长偏移Δλ。
在不同的实施选项中，该第一电信号E1可以是电流或电压。
在优选实施选项中，第一电信号E1表示(或对应于)与入射在第一光电接收器PD1上的光功率成比例的电压，因此，它与上述由光纤传感器FBG反射或传输的谱的波长偏移Δλ是相关的(例如，成比例的)。
该方法然后包括下述步骤：对第二光学信号L2进行检测，该第二光学信号离开光学带通滤波器BPF的第二传输端口2，与第一光学信号L1在谱上互补；以及通过第二光电接收器PDT将这样的第二光学信号L2转换成相应的第二电信号E2，该第二电信号表示光学参考功率，该光学参考功率基本上独立于滤波波长并且依赖于宽带激发光学辐射的功率，以及依赖于整个光学路径的损耗，等于第一光学信号所经受的依赖性。
在不同的实施选项中，这样的第二电信号E2可以是电流或电压。
在优选的实施选项中，第二电信号E2表示(或对应于)电压，与入射在第二光电接收器PDT上的光功率成比例。
最后，该方法提供：基于检测到的第一电信号E1以及基于表示检测到的参考光功率的第二电信号E2来确定由光纤传感器FBG的布拉格光栅反射或传输的谱相对于标称工作波长的波长偏移Δλ，该检测到的第一电信号由从光学带通滤波器BPF的第一提取端口1离开的光学信号L1得出，该第二电信号由从光学带通滤波器BPF的第二传输端口2离开的第二光学信号L2得出，使得第一电信号的检测相对于宽带激发光学辐射的功率变化和光学路径上损耗的变化得到补偿。
所确定的由布拉格光栅反射的谱OR或传输的谱OT的上述波长偏移Δλ表示通过光纤传感器FBG测量的物理量值。
上述光学带通滤波器BPF与上述第一光电接收器PD1和第二光电接收器PDT被集成在光子集成电路(Photonic Integrated Circuit，PIC)中。
在典型的工作条件下，光学带通滤波器BPF被设计为具有比FBG传感器的传输的或反射的谱的频带窄的带宽(通常窄得多)，即相当于，选择与光学带通滤波器相比具有大得多频带的FBG传感器(如图9至图12所示)。由于这个特征，由滤波器的第二传输端口检测到的总光功率在通过FBG传感器测量的物理量值的检测范围内几乎保持恒定。
光学带通滤波器BPF的调谐是在初始设置期间进行的，目的是适当地定位光学滤波器相对于FBG传感器的谱的谐振(例如，但不一定，在FBG传感器的响应的几乎线性区域中，这将在下面更好地公开)。
在调谐之后，光学带通滤波器BPF在保持调谐波长恒定的情况下进行操作，以确定的波长λi对由FBG传感器反射或传输的光谱进行滤波。由于希望测量的物理现象，由FBG传感器反射或传输的整个光谱的和峰值的波长的变化，即偏移Δλ，导致光谱的被光学带通滤波器进行滤波的一部分经受随之而来的变化，并最终以已知方式确定在光学带通滤波器的输出处与FBG传感器的谱的波长偏移/变化相关的光功率变化。
根据该方法的实施方式，可调谐的光学带通滤波器BPF包括第三输入端口3，其不同于前述的第一提取端口1和第二传输端口2。在这种情况下，传送步骤包括将由至少一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器传输的光谱OT或反射的光谱OR传送到可调谐的光学带通滤波器BPF的所述第三输入端口3。
根据一个实施方式，该方法使用光学微环谐振器滤波器(即“Micro-RingResonator MRR”)作为光学带通滤波器，这将在以下根据本发明的系统的描述中更详细地公开。
根据如下所示的实施选项，光学微环谐振器滤波器是单环型的，并且包括一个光学环8。
根据另一实施选项，光学微环谐振器滤波器为双环型的，并且包括两个光学环(如在例如科学文章“Low-Power-Consumption Integrated Tunable Filters for WDMSwitching Applications in Silicon Photonics”—Manganelli等人-IEEE PhotonicsTechnology Letters，第30卷，第18期，2018年9月15日，中所示的)。
根据一个实施方式，该方法使用第一光电二极管和第二光电二极管分别作为第一光电接收器PD1和第二光电接收器PDT，这在根据本发明的系统的以下描述中进一步详细示出。
根据优选实施方式，上述调谐步骤包括：以位于光纤传感器FBG的光纤布拉格光栅的标称反射谱或标称传输谱的线性或几乎线性区域上的恒定的工作波长λi对光学带通滤波器BPF进行调谐，使得这种光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器的反射谱或传输谱的波长的偏移或变化Δλ对应于第一光学信号的功率或强度的线性或几乎线性变化。这种情况在图9至图12中示出。
根据一实施选项，该方法包括询问至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器，该光纤传感器具有线性形状的反射谱，例如啁啾光纤布拉格光栅。
根据图1所示的实施方式，该方法包括询问仅一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器，对FBG传感器的反射谱OR进行操作。
根据图2所示的另一实施方式，该方法提供询问仅一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器，对FBG传感器的传输谱OT进行操作。
根据又一实施方式(如图3所示)，该方法包括询问级联的多个光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG1-FBGn，每个传感器由各自的标称工作波长λ1-λn表征。
在这种情况下，传送步骤包括：将由级联的光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG1-FBGn传输的整个光谱OT或反射的整个光谱OR传送到级联的可调谐的光学带通滤波器BPF1-BPFn；并且该调谐步骤包括：围绕与光纤布拉格光栅型FBG1-FBGn光纤传感器的标称工作波长中的相应一个标称工作波长相对应的相应波长λ1-λn，对光学带通滤波器BPF1-BPFn中的每一者进行调谐。
对至少一个第一光学信号L1进行检测的步骤包括：对从光学带通滤波器BPF1-BPFn中的每一者的第一提取端口离开的多个第一光学信号L11-L1n进行检测，每个第一光学信号处于保持恒定的相应的工作波长λ1-λn；以及转换步骤包括：借助于多个第一光电接收器PD1-PDn(例如，包括第一光电二极管)将多个第一光学信号L11-L1n转换为相应的多个第一电信号E11-E1n。
对第二光学信号L2进行检测的步骤包括：对从级联的光学带通滤波器中的最后的光学带通滤波器(BPFn)的第二传输端口2离开的光学信号进行检测；以及转换步骤包括：借助于第二光电接收器PDT将上述第二光学信号L2转换为相应的第二电信号E2。
确定步骤包括：基于检测到的多个第一电信号E11-E1n以及基于检测到的第二电信号E2，确定由光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG1-FBGn中的每一者反射的谱OR或传输的谱OT中的每个谱相对于标称工作波长的波长偏移Δλi。
根据另一实施方式(如图4所示)，该方法包括在宽的波长范围上询问仅一个光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG。
在这种情况下，传送步骤包括：将由光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG传输的光谱OT或反射的光谱OR传送到级联的可调谐的光学带通滤波器BPF1-BPFn；以及调谐步骤包括：以保持恒定的相应的工作波长λ1-λn对光学带通滤波器BPF1-BPFn中的每一者进行调谐，该保持恒定的相应的工作波长属于由FBG传感器传输或反射的上述光谱的宽的波长范围。
对至少一个第一光学信号进行检测的步骤包括：对从光学带通滤波器BPF1-BPFn中的每一者的第一提取端口1离开的多个第一光学信号L11-L1n进行检测；以及对至少一个第一光学信号进行转换的步骤包括：借助于多个第一光电接收器PD1-PDn(例如，包括第一光电二极管)将多个第一光学信号L11-L1n转换成相应的多个第一电信号E11-E1n。
对第二光学信号L2进行检测的步骤包括：对从级联的光学带通滤波器中的最后的光学带通滤波器BPFn的第二传输端口2离开的光学信号进行检测，以及对第二光学信号L2进行转换的步骤包括：借助于第二光电接收器PDT将该第二光学信号转换为相应的第二电信号E2。
确定步骤包括：基于检测到的多个第一电信号E11-E1n以及基于检测到的第二电信号E2，确定FBG传感器的反射或传输波长在所述宽的波长范围内的峰值。
根据优选实施选项，第一电信号E1i(属于组E11-E1n)中的每一者表示电压，与入射在相应的光电接收器Pdi(属于光电接收器组PD1-PDn)上的光功率成比例，因此，它与由相应的光纤传感器FBGi(属于传感器组FBG1-FBGn)反射或传输的谱的相应波长偏移Δλi是相关的(例如，成比例)。
根据另一实施方式(如图5所示)，该方法还包括在传送步骤之前的下述步骤：借助于光学分离器D来分离总光功率，并且将总光功率的一部分发送到第三光电接收器PDD，以获得适于支持进一步补偿的第三电信号E3。
如上所述(并且如图6所示)，光学带通滤波器，例如微环谐振器，允许在光学微环滤波器的提取端口1(“下降端口”)上以谐振环的谐振频率对由FBG传感器反射(或传输)的信号的一部分进行滤波；以及允许在光学微环滤波器的传输端口2(“通过端口”)上获得传输谱(对应于FBG传感器的没有上述经滤波部分的谱)。
总之，如先前所公开的，该方法基于具有两个互补端口的光学带通滤波器，以及基于两个光检测器，一个光检测器用于这样的互补端口中的一个。
特别地，在一个实施方式中，使用一个或更多个双端口微环谐振器，用于查询单个FBG传感器或多个FBG传感器，具有针对每个微环谐振器集成的两个光检测器，所述光检测器连接到微环谐振器的两个“下降”和“通过”输出端口。
再次参考图1至图14，现在描述用于询问至少一个光纤布拉格光栅FBG型光纤传感器的系统10。
这样的系统包括至少一个光纤布拉格光栅FBG型光纤传感器、宽带光学辐射源S、至少一个可调谐的光学带通滤波器BPF、第一光电接收器PD1、第二光电接收器PDT和电子处理装置4。
宽带光学辐射源S被配置成用宽带激发光学辐射OA照射至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG。
根据系统的不同可能实施方式，宽带光学辐射源S可以包括超发光LED(SLED)，或掺铒光学放大器(EDFA)的自发放大发射(AE)。
根据实施选项，宽带光学辐射源S是光子集成电路PIC外部的部件，其中集成了光学带通滤波器BPF以及第一光电接收器PD1和第二光电接收器PDT。
根据另一实施选项(例如，如图13所示)，宽带光学辐射源S集成在光子集成电路PIC中，其中集成了光学带通滤波器BPF和第一光电接收器PD1以及第二光电接收器PDT。为此，可以使用适当的集成技术，这些技术本身是已知的，例如，基于来自III-V族的半导体和基于绝缘体上硅SOI技术(例如，在科学文章“混合硅激光技术：热透视(Hybrid SiliconLaser Technology:A Thermal Perspective)”–M.N.Sysak等人–IEEE Journal ofSelected Topics in Quantum Electronics,第17卷,第6期,2011年11月/12月)。
所述至少一个可调谐的光学带通滤波器BPF包括彼此互补的第一提取端口1和第二传输端口2，并且还包括第三输入端口3(不同于前述的第一提取端口1和第二传输端口2)，第三输入端口以操作性的方式连接到至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG，以接收由这种传感器传输的光谱OT或反射的光谱OR，
光学带通滤波器BPF能够基于光纤传感器FBG的光纤布拉格光栅的标称工作波长在波长范围内以恒定的工作波长λi进行调谐。
第一光电接收器PD1以操作性的方式连接到光学带通滤波器BPF的第一提取端口1以接收相应的第一光学信号L1，并且其被配置成将这样的第一光学信号L1转换为相应的第一电信号E1。上述第一光学信号为光纤传感器FBG的光纤布拉格光栅在光学滤波器的恒定的工作波长处的传输谱OT或反射谱OR的窄带光学滤波。
第二光电接收器PDT以操作性的方式连接到光学带通滤波器BPF的第二传输端口2以接收第二光学信号L2，并且其被配置成将所述第二光学信号L2转换为表示光学参考功率的相应的第二电信号E2，该第二电信号基本上独立于滤波波长，并且依赖于宽带激发光学辐射的功率，以及依赖于整个光学路径的损耗，等于第一光学信号所经受的依赖性。
电子处理装置4以操作性的方式连接到上述第一光电接收器PD1和第二光电接收器PDT，并且它们被配置成：基于从第一光学信号L1得出的检测到的第一电信号E1以及基于从第二光学信号L2得出的表示检测到的参考光功率的第二电信号E2来确定由光纤传感器FBG的布拉格光栅反射的谱OR或传输的谱OT相对于标称工作波长的波长偏移Δλ，使得第一电信号的检测相对于宽带激发光学辐射功率的变化和光学路径上损耗的变化得到补偿。
上述由确定的布拉格光栅反射或传输的谱的波长偏移Δλ表示由光纤传感器FBG测量的物理量值。
上述的光学带通滤波器BPF与上述的第一光电接收器PD1和第二光电接收器PDT集成在光子集成光子电路(“Photonic Integrated Circuit”-PIC)中。
根据不同的实施选项，这样的第一电信号E1可以是电流或电压。
在优选的实施选项中，第一电信号E1表示(或对应于)电压，与入射在光电接收器上的光功率成比例，且因此它与上述由光纤传感器FBG反射或传输的谱的波长偏移Δλ相关(例如，成比例)。
根据该系统的实施方式，上述光学带通滤波器BPF是光学微环谐振器滤波器(即“Micro-Ring Resonator MRR”)。
如前所述，根据两种可能的实施选项，光学微环谐振器滤波器为单环型，包括单环8，或者光学微环谐振器滤波器为双环型，包括两个光学环。
环谐振器是下述结构，其中光波导或导体以环形配置闭合：当处于特定谐振波长的光以相长干涉通过该环时，光的强度在环内增长，并且光(处于谐振波长)可以从环形谐振器滤波器的提取/监控端口被提取和看到。
如图6所示，在将宽带输入谱注入微环谐振器6的输入端口3后，仅从提取端口1提取环6的谐振波长，因为这些是光的处于谐振波长的分量，以相长干涉传播到闭合的环中。
相反，输入谱的所有其他非谐振波长都被传输通过BPF谐振器滤波器的传输端口2。
因此，从微环谐振器滤波器BPF的提取端口1和传输端口2离开的两个谱彼此互补，并且谐振器环充当提取端口1的带通滤波器。
微环谐振器的谐振波长取决于材料的折射率和装置的几何形状(波导尺寸和环直径)；可以以受控的方式来改变谐振波长，即，借助于对光导的折射率的小修改进行调谐，例如，通过基于局部微型加热器9的热进行调谐(例如，在图7中示出)。
值得注意的是，光学带通滤波器BPF的提取端口1将FBG传感器的工作波长的由于待测量物理参数的变化造成的偏移Δλ转换为由集成光检测器或光电二极管检测的功率变化(光电二极管上游的光功率的变化，以及光电二极管下游电压的相应变化)，而光学带通滤波器BPF的传输端口2提供相对于从提取端口1离开的信号具有互补谱的回射信号。
由于FBG传感器的光带宽度大于(且通常远大于)滤波器的带宽，因此传输端口2的输出处的功率几乎等于FBG传感器的谱的总功率(换言之，在提取端口1处过滤和提取的部分相对于总功率是可忽略不计)。
因此，考虑到光学带通滤波器的两个端口(提取和传输)处的双重检测的差分检测提供了不受杂散光纤损耗和激光器或其他光源的功率波动影响的测量。
根据实施选项(例如，在图7中示出)，光学微环谐振器6可以借助于硅(其中集成了微环谐振器)中的热光效应以一波长被调谐。这意味着波长滤波器的传递函数(即图8A中描绘的“下降”端口的谱)可以通过施加电压或电功率的命令信号来移动。
根据一些典型的实施示例，在具有的半径为十几微米的微环谐振器滤波器上应用几伏量级的信号，耗散几十毫瓦的热功率，会导致在5纳米与8纳米之间的谱偏移。
在图8A所示的示例中，微环谐振器滤波器的提取端口的谱被示出在1540nm和1565nm之间的波长范围内。作为谐振滤波器，谱是周期性的，具有确定的自由谱范围(FSR)，在图8的示例中，其等于10nm。光学微环谐振器滤波器被设计成使得FSR参数大于的FBG传感器工作波长的最大偏移Δλ。
在图8B所示的示例中，微环谐振器滤波器的传输端口的谱被示出在1540nm和1565nm之间的相同波长范围内。在这种情况下，作为谐振滤波器，谱也是周期性的，具有确定的自由谱范围(FSR)，在图8B的示例中，其也等于10nm。如上面已经公开的，注意到提取谱(图8A)和传输谱(图8B)是彼此互补的。
图9示出了光纤传感器FBG的反射谱和光学带通滤波器BPF的传输端口2的谱的示例。
图10和图11图示了当由光纤传感器FBG反射的光谱在输入处注入时分别从光学滤波器的第一提取端口1和第二传输端口2离开的谱。
图12示出了图10和图11中围绕波长λi的谱的放大细节。
从结构上看，微环谐振器是一种紧凑而灵活的装置，可以集成在不同技术平台上的光子集成电路PIC中，例如硅基(Si)光子学或InP；此外，可以在相同平台上获得能够提供快速宽带响应的集成光检测器。
如前所述，在一些实施选项中，光环行器5和/或宽带光学辐射源S也可以集成在相同平台上。
参考上述光纤布拉格光栅技术中的一个或更多个光纤传感器(在下文中也定义为“FBG”传感器)，可以注意到FBG传感器是一种用于测量各种物理参数的高灵敏度和多功能光学装置，所述物理参数包括例如应变和温度。在其最简单的形式中，FBG传感器是通过对刻在光纤的“芯”中的折射率进行空间周期调制来获得的。
FBG传感器利用谐振条件的存在，该条件反射以所谓的“布拉格波长”λB入射的光，布拉格波长被定义为λB＝2neffΛ，其中neff是光纤基模的有效折射率，且Λ是光栅的空间间距(周期性)。
FBG传感器的工作原理是基于下述特性的：由外部效应如应变或温度引起的有效折射率或光栅间距的任何变化都会导致工作波长(布拉格波长)的相应偏移ΔλB，可以从公式[1]推导出：
Figure BDA0003570557690000141
其中，ΔλB＝λ－λB为布拉格波长相对于参考布拉格波长λB的变化，k为比例因子，αT为热光系数；对于1550nm范围内的硅光纤，布拉格波长偏移线性地依赖于：纵向应变ε，其具有的灵敏度值约等于1.2pm/με；以及温度变化，其具有的灵敏度值约等于11pm/℃。这种依赖性在应变和温度变化范围内可能具有非线性特征，这些变化范围特别大并且依赖于所考虑的特定类型的FBG传感器。
FBG传感器是“无源”传感器，这意味着它们不需要供电，但它们由照射来激活，即通过在光纤截面中以适当的波长(例如布拉格波长)发送光激活辐射来激活，在光纤截面中获得传感器中的光栅。响应于此，FBG传感器反射或传输光学(即光子)信号，该信号不仅依赖于入射辐射，还依赖于光栅本身所经受的应变和温度条件。在该方法的各种实施选项中，如下文所示，这样的光子信号可以是被传输的光学信号(或光谱)或被反射的光学信号(或光谱)。
根据系统10的特定实施选项，至少一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器是具有线性形状的反射谱的光纤布拉格光栅型光纤传感器。
该实施方式利用FBG传感器的响应的高度线性形状作为线性反射滤波器，以保证提高的动态询问性能和用于应变或温度测量的宽动态范围。使用具有线性响应的FBG传感器还简化了询问器的校准。
根据系统10的实施方式，上述第一光电接收器PD1包括第一光电二极管(或由第一光电二极管组成)，并且上述第二光电接收器PDT包括第二光电二极管(或由第二光电二极管组成)。
上述第一光电二极管和第二光电二极管例如是本身已知类型的半导体光电二极管，其被设计用于检测所考虑波长的光学信号并将其转换为电信号。
根据图1所示的实施方式，系统10被配置成询问仅一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器，作用于FBG传感器的反射谱OR。
根据图2所示的另一实施方式，系统10被配置成询问仅一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器，作用于FBG传感器的传输谱OT。
根据图3所示的另一实施方式，该系统包括级联的多个光纤布拉格光栅FBG1-FBGn型光纤传感器，每个光纤传感器的特征在于相应的标称工作波长为λ1-λn，以及级联的相应的多个可调谐的光学带通滤波器BPF1-BPFn(即，在一种配置中，其中滤波器的传输端口连接到在级联中紧接放置的滤波器的输入端口)，每个可调谐的光学带通滤波器围绕与光纤布拉格光栅FBG1-FBGn型光纤传感器的标称工作波长λ1-λn中的相应一个标称工作波长相对应的相应波长是可调谐的。
系统10还包括多个光电接收器(PD1-PDn)，该多个光电接收器被配置成接收多个第一光学信号L11-L1n并将该多个第一光学信号L11-L1n转换为相应的多个第一电信号E11-E1n；以及第二光电接收器PDT，第二光电接收器以操作性的方式连接到级联的光学带通滤波器中的最后的光学带通滤波器BPF的第二传输端口2，以接收第二光学信号L2并将其转换为相应的第二电信号E2。
在这种情况下，电子处理装置4被配置成：基于检测到的多个第一电信号E11-E1n以及第二电信号E2，确定由光纤布拉格光栅型光纤传感器FBG1-FBGn中的每一者反射或传输的谱中的每个谱相对于标称工作波长的波长偏移Δλ。
在这样的实施方式中，第i个BPF环谐振器滤波器以一定的波长λi被调谐，以用于询问第i个FBGi传感器；每个单独的BPFi带通滤波器以不同的波长λi被调谐，并且N个光检测器对信号的组合采集提供了对不同的N个FBG传感器中的每一者的波长峰值的测量。
根据另一实施方式(如图4所示)，系统10包括至少一个光纤布拉格光栅FBG型光纤传感器，其进行操作并适合于沿宽范围的波长被询问。
在这种情况下，系统10还包括级联的多个可调谐的光学带通滤波器BPF1-BPFn，每个可调谐的光学带通滤波器能够保持恒定的相应的工作波长λ1-λn进行调谐，该相应的工作波长属于上述由传感器传输或反射的光谱的宽的波长范围。
该系统还包括：多个第一光电接收器PD1-PDn，该多个第一光电接收器被配置成将多个第一光学信号L11-L1n接收为相应的多个第一电信号E11-E1n；以及第二光电接收器PDT，其以操作性的方式连接到级联的光学带通滤波器中的最后的光学带通滤波器BPF的第二传输端口2，以接收第二光学信号L2并将其转换为相应的第二电信号E2。
在这种情况下，电子处理装置4被配置成：基于检测到的多个第一电信号E11-E1n以及基于检测到的第二个电信号E2，在上述宽波长范围内确定FBG传感器的反射或传输波长的峰值。
在这样的实施方式中，可以在单个FBG传感器由于极端环境条件(例如，热偏差)而经受波长峰值的巨大变化的情况下查询该单个FBG传感器。环谐振器的N个提取端口处的N个光检测器的组合采集提供了例如由于温度或应变的巨大变化造成的沿宽范围波长变化的峰值波长测量。
根据一种实施选项，针对存在多个光学滤波器的情况，使用CWDM(粗调(Coarse)WDM)解复用器来馈送不同的光学滤波器(而不是级联布置它们)，以有利地减少在光学路径上的损耗。有用的是，CWDM解复用器的第i个通道可以用于询问第i个光纤传感器FBGi，其布拉格波长λi在对应的第i个通道的光学频带内是可变的。
根据优选实施选项，第一电信号E1i(属于组E11-E1n)中的每一者表示电压，与入射在相应的光电接收器Pdi(属于光电接收器组PD1-PDn)上的光功率成比例，且因此，它与由相应的光纤传感器FBGi(属于传感器组FBG1-FBGn)反射或传输的谱的相应波长偏移Δλi相关(例如，成比例)。
注意，在包括多个光学带通滤波器的实施方式中，每个这样的光学带通滤波器用作固定滤波器，而不是用作可调谐滤波器(调谐仅在初始设置期间执行，而不是在操作期间执行)。
此外，在这样的实施方式中，自由谱范围必须大于每个光学带通滤波器所允许的调谐偏差的总和。为此，可以在设计期间限定环的半径R，同时考虑以下关系，该关系将这种半径R绑定到自由谱范围FSR：
Figure BDA0003570557690000181
其中λres是FBG传感器的布拉格波长，并且ng是传播波导的群指数(group index)。
根据另一实施方式(图5所示)，系统10还包括：布置在可调谐的光学滤波器BPF上游的光学频带分离器D；和第三光电接收器PDD，其中光学频带分离器D被配置成分离总光功率并将总光功率的一部分发送给第三光电接收器PDD，并且其中第三光电接收器PDD被配置成获得适用于支持进一步补偿的第三电信号E3。
根据图1至图5所示的实施选项，系统10还包括光环行器5，该光环形器具有与宽带光学辐射源S连接的第一端口、与包含光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器的光纤F连接的第二端口，以及与至少一个光学带通滤波器BPF连接的第三端口。
光环行器5被配置成将由第一端口接收的宽带光学辐射S通过第二端口传输到包含光纤传感器FBG的光纤F，并且该光环形器还被配置成将由第二端口接收的，由光纤布拉格光栅型FBG的光纤传感器反射OR的谱通过第三端口传输到至少一个光学带通滤波器BPF。
根据一个实施选项，光环行器5是光子集成电路PIC外部的部件，在光子集成电路中集成了光学带通滤波器BPF以及第一光电接收器PD1和第二光电接收器PDT。
根据另一实施方案，光环行器5集成在光子集成电路PIC中，光子集成电路中集成了光学带通滤波器BPF、第一光电接收器PD1和第二光电接收器PDT。为此，可以使用本身已知的适当集成技术，例如，基于绝缘体上硅SOI技术平台上的磁光材料和键合技术(例如，在科学文章“Broadband TE Optical Isolators and Circulators in Silicon Photonicsthrough CE:YIG Bonding”–P.Pintus等人，Journal of Lightwave Technology，第37卷，第5期，2019年3月1日)。
根据系统10的实施选项，至少一个光纤布拉格光栅型FBG光纤传感器的每个传感器被配置成对作用在传感器所在位置的应变进行检测。
根据该系统的使用的一些重要示例，光纤布拉格光栅FBG型光纤传感器被配置成在制动垫内起作用或被结合在制动卡钳中或与制动卡钳耦接，或结合在适于布置在制动卡钳支撑件与制动卡钳之间的垫圈装置中。在这种情况下，由至少一个光纤布拉格光栅FBG型光纤传感器检测到的至少一个应变表示作用在制动卡钳上的张紧力和/或制动扭矩。
根据实施选项，电子处理装置4包括至少一个本身已知类型的电子处理器或微处理器40，其适于存储和运行软件程序。
根据不同的实施选项(如图1至图5所示)，系统10可以包括：本身已知的另外的电子系统，诸如例如ADC模数转换器、跨阻抗放大器41、ASIC42装置，以用于调节电信号；以及适当的光连接(在图1至图5中用实线表示的)和电连接(在图1至图5中用虚线表示)。
根据其他可能的实施选项，功能块42旨在作为用于调节模拟信号(即，经转换和经放大信号的适配)的块，并且功能块40是数字信号转换和处理块40，其在输出处的适当接口/总线上提供经处理的数据。
根据实施选项，功能块40和至少部分功能块42可以通过单个集成电路例如ASIC或FPGA型的集成电路来获得。
参考光学带通滤波器的提取端口1处检测到的功率与FBG传感器的波长偏移Δλ之间的关系，可以使用不同的实验或分析方法。
例如，表(例如，查找表)可以基于在表征期间执行的测量被存储在电子处理装置中(例如，在转换和处理块40中)，这建立了测量电压值与FBG传感器的峰值波长的偏移值之间的关系。
根据另一示例，可以考虑以下简化的分析关系。
通过光检测器SOPT(λ)看到的光谱通过常数C与FBG传感器和微环谐振器MRR(在提取端口处)的谱的乘积成比例：
SOPT(λ)＝CHFBGHMRR
以及，测量的光功率是关于波长的积分，依赖于λFBG：
POPT＝∫SOPT(λ)dλ
至于功率补偿，可以通过检测带通滤波器的传输端口上的光学信号来实现，例如，可以通过将在提取端口检测到的功率相对于在传输端口检测到的功率进行归一化来实现。
根据另一实施选项，可以将在提取端口处检测到的功率与在传输端口处检测到的功率之间的差值相对于在提取端口处检测到的功率与在传输端口处检测到的功率之间的总和进行归一化。
根据实施选项，根据本发明的方法和系统包括对芯片温度的主动控制和相关的电子补偿，以允许其在宽的温度范围内操作，例如在具有热偏差的高温环境中。
可以看出，本发明的目的是通过上面公开的方法和系统，凭借其功能和结构特征完全实现的。
事实上，结合描述现有技术部分提到的技术问题，根据本发明的系统是简单而紧凑的系统，其中(例如，在PIC技术中的光子集成电路中)集成了主要部件。
可以凭借硅技术进行集成；特别地，根据本发明的系统有助于将光子电路和电子电路两者集成在使用相同工艺生产的混合芯片中。
此外，如果需要，上述技术方案还允许将宽带源和/或光环行器集成在相同集成电路中，该集成电路中集成了光学滤波器和光检测器，从而提供显著的设计灵活性。
此外，本发明的系统和方法通过保持光学带通滤波器的波长恒定(仅在初始设置步骤中调谐)来工作，该系统和方法获取由FBG传感器传输或反射的谱的一部分。由于此类谱由于与待测量变量相关的影响而移动，因此由微环光学滤波器进行的恒定波长采样以检测功率的变化的形式记录了此类变化。
因此，动态性能不依赖于光学带通滤波器的调谐时间，而仅依赖于光检测块的速度，因此相对于先前所述的已知解决方案提供了更快的动态响应。
此外，根据本发明的系统和方法，利用提取端口和传输端口上的光功率的同时检测，提高了对光照射功率的杂散损耗和/或波动的抗扰性。
还应注意，要求保护的解决方案包括围绕工作波长对FBG光纤传感器的传输或反射谱进行窄带光学滤波(与使用例如基于法布里-泊罗(Fabry-Perot)滤波器的解决方案所获得的不同，其带宽可以与要查询的FBG传感器的光学信号的带宽进行比较)。事实上，由被询问的FBG传感器反射的谱的带宽大于本解决方案中使用的光学滤波器的谐振谱的线宽(且特别是在包括使用微环光学谐振器滤波器的实施选项中更大)，提供多种优势，包括：尽可能少地干扰从滤波器传输端口离开的谱；选择光学滤波器的谐振谱的“精细度”作为重要设计参数的可能性，以提高询问器在谱动态分辨率方面的性能。
上述方法和系统还允许在宽接收频带上获得响应。事实上，该频带依赖于所使用的光电二极管的接收频带，即依赖于能够作用于非常宽的频带的部件(例如，已知的PIN型集成光电二极管，它使用具有范围从MHz甚至达40GHz的频带的锗作为吸收材料。对于本文中考虑的应用，有必要观察频带不大于数百KHz的现象，这很容易由根据本发明的系统保证)。
根据本发明的方法和系统的其他优点包括PIC上的集成装置的低功耗；兼容CMOS制造工艺，用于制造PIC光学芯片和EIC电子芯片；能够在宽的温度范围内工作，这可以通过在热偏差升高的环境中对芯片温度的主动控制和对操作进行电子补偿来获得。
为了满足偶然和特定的需要，本领域的技术人员可以对上述实施方式进行若干改变和调整，并用功能等效的其他元件来替换元件，而不脱离所附权利要求的范围。与描述的其他实施方式无关，可以获得被描述为属于可能实施方式的每个特征。

Claims (22)

1.一种用于询问至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)的方法，所述方法包括以下步骤：
-用宽带激发光学辐射(OA)来照射所述至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)；
-将通过至少一个光纤布拉格光栅型光纤(FBG)传输的光谱(OT)或反射的光谱(OR)传送到至少一个可调谐的光学带通滤波器(BPF)，所述可调谐的光学带通滤波器具有彼此互补的第一提取端口(1)和第二传输端口(2)；
-根据所述光纤传感器(FBG)的光纤布拉格光栅的标称工作波长，以恒定的工作波长(λi)对所述光学带通滤波器(BPF)进行调谐；
-对从所述光学带通滤波器(BPF)的所述第一提取端口(1)离开的至少一个相应的第一光学信号(L1)进行检测，所述第一光学信号(L1)是所述光纤传感器(FBG)的所述光纤布拉格光栅的传输谱或反射谱(OT、OR)围绕所述光纤(BPF)的所述恒定的工作波长(λi)的窄带光学滤波；
-借助于第一光电接收器(PD1)将所述第一光学信号(L1)转换为相应的第一电信号(E1)，所述第一电信号表示由所述光纤传感器(FBG)的布拉格光栅反射的谱或传输的谱(OT、OR)相对于所述标称工作波长(λi)的波长偏移(Δλ)；
-对从所述光学带通滤波器(BPF)的所述第二传输端口(2)离开的第二光学信号(L2)进行检测，所述第二光学信号与所述第一光学信号(L1)在谱上互补；
-借助于第二光电接收器(PDT)将所述第二光学信号(L2)转换为相应的第二电信号(E2)，所述第二电信号表示参考光功率，所述参考光功率基本上独立于滤波波长并且依赖于所述宽带激发光学辐射的功率，以及依赖于整个光学路径的损耗，等于所述第一光学信号所经受的依赖性；
-基于检测到的所述第一电信号(E1)以及基于表示检测到的所述参考光功率的所述第二电信号(E2)来确定由所述光纤传感器(FBG)的所述布拉格光栅反射的谱或传输的谱(OR、OT)相对于所述标称工作波长(λi)的波长偏移(Δλ)，检测到的所述第一电信号由从所述光学带通滤波器(BPF)的所述第一提取端口(1)离开的所述光学信号(L1)得出，所述第二电信号由从所述光学带通滤波器(BPF)的所述第二传输端口(2)离开的所述第二光学信号(L2)得出，使得所述第一电信号的检测相对于宽带激发光学辐射的功率变化和光学路径的损耗的变化得到补偿，
其中，所确定的由所述布拉格光栅反射的谱或传输的谱(OR、OT)的所述波长偏移(Δλ)表示通过所述光纤传感器(FBG)测量的物理量值；
其中，所述光学带通滤波器(BPF)和所述第一光电接收器(PD1)以及所述第二光电接收器(PDT)集成在光子集成电路(PIC)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可调谐的光学带通滤波器(BPF)包括与所述第一提取端口(1)和所述第二传输端口(2)不同的第三输入端口(3)，并且其中，所述传送步骤包括将由所述至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)传输的光谱(OT)或反射的光谱(OR)传送到所述可调谐的光学带通滤波器(BPF)的所述第三输入端口。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述光学带通滤波器(BPF)是光学微环谐振器滤波器。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述调谐步骤包括：以位于所述光纤传感器(FBG)的光纤布拉格光栅的标称反射谱或传输谱的线性或几乎线性区域上的所述恒定的工作波长对所述光学带通滤波器(BPF)进行调谐，使得所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)的反射谱或传输谱的波长偏移或变化(Δλ)对应于所述第一光学信号(L1)的功率或强度的线性或几乎线性变化。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法被配置成询问级联的多个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG1-FBGn)，每个光纤布拉格光栅型光纤传感器的特征在于相应的标称工作波长(λ1-λn)，其中，
-所述传送步骤包括：将整个传输的光谱(OT)或反射的光谱(OR)从级联的所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)传送到级联的可调谐的光学带通滤波器(BPF1-BPFn)；
-所述调谐步骤包括：围绕与所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG1-FBGn)的所述标称工作波长中的相应的一个标称工作波长对应的相应波长(λ1-λn)，对所述光学带通滤波器(BPF1-BPFn)中的每一者进行调谐；
-对第一光学信号进行检测的步骤包括：对从所述光学带通滤波器(BPF1-BPFn)中的每一者的所述第一提取端口离开的多个第一光学信号(L11-L1n)进行检测，每个第一光学信号处于保持恒定的相应的工作波长；
-所述转换步骤包括：借助于多个第一光电二极管(PD1-PDn)将所述多个第一光学信号(L11-L1n)转换为相应的多个第一电信号(E11-E1n)；
-对第二光学信号(L2)进行检测的步骤包括：对从所述级联的光学带通滤波器中的最后的光学带通滤波器(BPFn)的所述第二传输端口离开的光学信号进行检测，以及借助于第二光电接收器(PDT)将所述第二光学信号(L2)转换为相应的第二电信号(E2)；
-所述确定步骤包括：基于检测到的所述多个第一电信号(E11-E1n)以及基于检测到的所述第二电信号(E2)，确定由所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG1-FBGn)中的每一者反射的谱或传输的谱中的每个谱相对于所述标称工作波长的波长偏移(Δλi)。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，所述方法被配置成在宽的波长范围上询问仅一个所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)，其中，
-所述传送步骤包括：将由所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)传输的光谱(OT)或反射的光谱(OR)传送到级联的可调谐带通滤波器(BPF1-BPFn)中；
-所述调谐步骤包括：以保持恒定的相应的工作波长(λ1-λn)对所述光学带通滤波器(BPF1-BPFn)中的每一者进行调谐，所述保持恒定的相应的工作波长属于由所述传感器传输的所述光谱或传输的所述光谱的所述宽的波长范围；
-对至少一个光学信号进行检测的步骤包括：对从所述光学带通滤波器(BPF1-BPFn)中的每一者的所述第一提取端口离开的多个第一光学信号(L11-L1n)进行检测；
-对至少第一光学信号进行转换的步骤包括：借助于多个第一光电二极管(PD1-PDn)将所述多个第一光学信号(L11-L1n)转换为相应的多个第一电信号(E11-E1n)；
-对第二光学信号(L2)进行检测的步骤包括：对从所述级联的光学带通滤波器中的最后的光学带通滤波器(BPFn)的所述第二传输端口离开的光学信号进行检测；
-对所述第二光学信号(L2)进行转换的步骤包括：借助于第二光电接收器(PD2)将所述第二光学信号转换为相应的第二电信号(E2)；
-所述确定步骤包括：基于检测到的所述多个第一电信号(E11-E1n)以及基于检测到的所述第二电信号(E2)，在所述宽的波长范围内确定所述FBG传感器的反射或传输波长的峰值。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法还包括在所述传送步骤之前的下述步骤：借助于光学分离器(D)来分离总光功率，以及将所述总光功率的一部分发送到第三光电接收器(PDD)，以获得适于支持进一步补偿的第三电信号(E3)。
8.一种用于询问至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)的系统(10)，所述系统包括：
-至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)；
-宽带光学辐射源(S)，所述宽带光学辐射源被配置成用宽带激发光学辐射(OA)来照射所述至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)；
-至少一个可调谐的光学带通滤波器(BPF)，所述至少一个可调谐的光学带通滤波器具有彼此互补的第一提取端口(1)和第二传输端口(2)，并且还具有输入端口(3)，所述输入端口与所述第一提取端口(1)和第二传输端口(2)不同并且以操作性的方式连接到所述至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)，以接收由所述传感器传输的光谱(OT)或反射的光谱(OR)，
其中，所述光学带通滤波器(BPF)是能够根据所述光纤传感器(FBG)的光纤布拉格光栅的标称工作波长以恒定的工作波长(λi)在一波长范围内调谐的；
-第一光电接收器(PD1)，所述第一光电接收器以操作性的方式连接到所述光学带通滤波器(BPF)的所述第一提取端口(1)以接收相应的第一光学信号(L1)，并且所述第一光电接收器被配置成将所述第一光学信号(L1)转换为相应的第一电信号(E1)，其中，所述第一光学信号(L1)是所述光纤传感器(FBG)的光纤布拉格光栅的传输的谱(OT)或反射的谱(OR)的处于所述光学滤波器的所述恒定的工作波长的窄带光学滤波；
-第二光电接收器(PDT)，所述第二光电接收器以操作性的方式连接到所述光学带通滤波器(BPF)的所述第二传输端口(2)以接收第二光学信号(L2)，并且所述第二光电接收器被配置成将所述第二光学信号(L2)转换为相应的第二电信号(E2)，以便获得参考电功率值，所述参考电功率值基本上独立于滤波波长并且依赖于所述宽带激发光学辐射的功率，以及依赖于整个光学路径的损耗，等于所述第一光学信号所经受的依赖性；
-电子处理装置(4)，所述电子处理装置以操作性的方式连接到所述第一光电接收器(PD1)和所述第二光电接收器(PDT)，所述电子处理装置被配置成：基于从所述第一光学信号(L1)得出的检测到的所述第一电信号(E1)以及基于从所述第二光学信号得出的表示检测到的参考光功率的所述第二电信号(E2)来确定由所述光纤传感器(FBG)的所述布拉格光栅反射的谱(OR)或传输的谱(OT)相对于所述标称工作波长的波长偏移(Δλ)，使得所述第一电信号的检测相对于宽带激发光学辐射功率的变化和光学路径上损耗的变化得到补偿，
其中，由所确定的布拉格光栅反射或传输的光谱的所述波长偏移(Δλ)表示通过所述光纤传感器(FBG)测量的物理量值；
其中，所述光学带通滤波器(BPF)和所述第一光电接收器(PD1)以及所述第二光电接收器(PDT)集成在光子集成电路(PIC)中。
9.根据权利要求8所述的系统(10)，其中，所述光学带通滤波器(BPF)是光学微环谐振器滤波器。
10.根据权利要求9所述的系统(10)，其中，所述光学微环谐振器滤波器是单环型的，包括一个光学环。
11.根据权利要求9所述的系统(10)，其中，所述光学微环谐振器滤波器是双环型的，包括两个光学环。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的系统(10)，其中，所述宽带光学辐射源(S)集成在所述光子集成电路(PIC)中。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的系统(10)，其中，所述至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)是具有线性形状的反射谱的光纤布拉格光栅型光纤传感器。
14.根据权利要求8至12中的任一项所述的系统(10)，所述系统包括：
-级联的多个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG1-FBGn)，每一个光纤布拉格光栅型光纤传感器的特征在于相应的标称工作波长(λ1-λn)；
-级联的相应多个可调谐的光学带通滤波器(BPF1-BPFn)，每个可调谐的光学带通滤波器能够围绕与所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)的所述标称工作波长中的相应的一个标称工作波长对应的相应的波长(λ1-λn)调谐；
-多个第一光电接收器(PD1-PDn)，所述多个第一光电接收器被配置成接收多个第一光学信号(L11-L1n)并且将所述多个第一光学信号(L11-L1n)转换为相应的多个第一电信号(E11-E1n)；
-第二光电接收器(PDT)，所述第二光电接收器以操作性的方式连接到所述级联的光学带通滤波器中的最后的光学带通滤波器(BPFn)的所述第二传输端口(2)，以接收所述第二光学信号(L2)并且将所述第二光学信号转换为相应的第二电信号(E2)；
-并且其中，所述电子处理装置(4)被配置成：基于检测到的所述多个第一电信号(E11-E1n)以及基于所述第二电信号(E2)来确定由所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG1-FBGn)中的每一者反射或传输的所述谱中的每个谱相对于所述标称工作波长的波长偏移(Δλ)。
15.根据权利要求12或13中的任一项所述的系统(10)，所述系统包括：
-至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)，所述光纤布拉格光栅型光纤传感器进行操作并且能够在宽的波长范围上被询问；
-级联的多个可调谐的光学带通滤波器(BPF1-BPFn)，每个可调谐的光学带通滤波器能够以保持恒定的相应的工作波长(λ1-λn)进行调谐，所述保持恒定的相应的工作波长属于由所述传感器传输或反射的所述光谱的所述宽的波长范围；
-多个第一光电接收器(PD1-PDn)，所述多个第一光电接收器被配置成将所述多个第一光学信号(L11-L1n)转换为相应的多个第一电信号(E11-E1n)；
-第二光电接收器(PDT)，所述第二光电接收器以操作性的方式连接到所述级联的光学带通滤波器中的最后的光学带通滤波器(BPFn)的所述第二传输端口(2)，以接收所述第二光学信号(L2)并且将所述第二光学信号转换为相应的第二电信号(E2)；
-并且其中，所述电子处理装置(4)被配置成：基于检测到的所述多个第一电信号(E11-E1n)以及基于检测到的所述第二电信号(E2)在所述宽的波长范围内确定所述FBG传感器的所述反射或传输波长的峰值。
16.根据权利要求8至15中的任一项所述的系统(10)，所述系统还包括：布置在所述可调谐的光学滤波器(BPF)的上游的光学频带分离器(D)；以及第三光电接收器(PDD)，其中，所述光学频带分离器(D)被配置成分离总光功率，以及将所述总光功率的一部分发送到所述第三光电接收器(PDD)，并且其中，所述第三光电接收器(PDD)被配置成获得适于支持进一步补偿的第三电信号(E3)。
17.根据权利要求8至16中的任一项所述的系统(10)，其中，所述第一光电接收器(PD1)和/或所述第二光电接收器(PDT)和/或所述第三光电接收器(PDD)中的每一者包括至少一个相应的半导体光电二极管，所述半导体光电二极管被配置成以考虑的所述波长的方式来检测光学信号并将所述光学信号转换为电信号。
18.根据权利要求8至17中的任一项所述的系统(10)，所述系统还包括光学循环器(5)，所述光学循环器具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口连接到所述宽带光学辐射源(S)，所述第二端口连接到包含所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)的光纤(F)，所述第三端口连接到所述至少一个光学带通滤波器(BPF)，
其中，所述光学循环器(5)被配置成将从所述第一端口接收的所述宽带光学辐射(OA)通过所述第二端口传输到包含所述光纤传感器(FBG)的所述光纤(F)，并且所述光学循环器还被配置成将从所述第二端口接收的由所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)反射的谱通过所述第三端口传输到所述至少一个光学带通滤波器(BPF)。
19.根据权利要求18所述的系统(10)，其中，所述光学循环器(5)集成到所述光子集成电路(PIC)中。
20.根据权利要求8至12中的任一项所述的系统(10)，所述系统包括：
-级联的多个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG1-FBGn)，每个光纤布拉格光栅型光纤传感器的特征在于相应的标称工作波长(λ1-λn)；
-粗调WDM波分解复用器，所述粗调WDM波分解复用器被配置成对由所述多个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG1-FBGn)传输或反射的所述谱进行解复用，以及在相应的第i个输出端口上提供具有不同波长(λi)的光学信号中的每个光学信号；
-相应的多个可调谐的光学带通滤波器(BPF1-BPFn)，每个可调谐的光学带通滤波器连接到粗调WDM波分解复用器的输出处，以接收处于相应的波长(λi)的相应的光学信号，每个光学信号能够围绕与所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)的所述标称工作波长中的相应的一个标称工作波长对应的所述相应波长(λi)进行调谐；
-多个第一光电接收器(PD1-PDn)，所述多个第一光电接收器被配置成接收多个第一光学信号(L11-L1n)并且将所述多个第一光学信号(L11-L1n)转换为相应的多个第一电信号(E11-E1n)；
-多个第二光电接收器(PDT)，所述多个第二光电接收器中的每个第二光电接收器以操作性的方式连接到与所述粗调WDM波分解复用器的相应第i个输出连接的相应第i个光学带通滤波器(BPFi)的所述第二传输端口(2)，以接收相应的第二光学信号(L2)并将所述相应的第二光学信号转换为相应的第二电信号(E2)；
-并且其中，所述电子处理装置(4)被配置成：基于检测到的所述多个第一电信号(E11-E1n)以及基于所述第二电信号(E2)来确定由所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG1-FBGn)中的每一者反射或传输的所述谱中的每个谱相对于所述标称工作波长的波长偏移(Δλ)。
21.根据权利要求8至20中的任一项所述的系统(10)，其中，所述至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)中的每一者被配置成对在所述传感器所在的位置中作用的应变进行检测。
22.根据权利要求21所述的系统(10)，其中，所述光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)被配置成在制动垫内操作，或结合在制动卡钳中或与制动卡钳联接，或者结合在适于在制动卡钳支撑件与制动卡钳之间布置的垫圈装置中，并且其中，由所述至少一个光纤布拉格光栅型光纤传感器(FBG)检测到的至少一个应变表示作用在所述制动卡钳上的张紧力和/或制动扭矩。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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