CN1916676A - 具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统，包括有激光器；与激光器相连接的光耦合器；光耦合器的一路输出光通过光电二极管与放大器的串联进入除法器，光耦合器的另一路输出光连接光环行器的输入端，光环行器的第一个输出端与做为传感头的线性响应光纤光栅相联，另一个输出端通过光电二极管与放大器的串联进入除法器。激光器的中心波长与线性响应光纤光栅的中心波长相同。制作线性响应光纤光栅的紫外激光器是139nm的氩离子激光器或248nm的准分子激光器中的一种。本发明，不另外设置可调滤波器，而且，光源的影响由除法器消除。既能实现传感又能实现解调，大大降低了光纤光栅温度检测系统的成本和复杂程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感技术。特别是涉及一种仅用线性响应光纤光栅，即能实现传感又能实现解调，大大降低了光纤光栅传感器解调系统的成本和复杂程度的具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统。
背景技术
光纤和光纤光栅传感器是近几年高速发展的新型传感器，光纤和光纤光栅传感器可集信息的传感与传输于一体，与传统的传感器相比它具有很多优势：如防爆，抗电磁干扰，抗腐蚀，抗震动，耐高温，体积小，重量轻，灵活方便，特别能在恶劣环境下使用。但由于光纤和光纤光栅传感器的解调系统价格较贵，影响了它们的应用。
如电气运行设备温度在线监测是电网安全运行的重要工作，由于气候、环境潮湿和空气中氧化作用，以及施工或检修工艺缺陷，使环网开关柜设备接头的接触电阻逐渐变大，接头表面发热，造成接头温度增加的恶性循环。由于无法进行温度监测，最后导致运行设备火灾或接地短路事故。这是配电管理目前急需解决的实际问题之一。
光纤传感中线性响应光纤光栅，不仅可以用来制作传感头，同时也可以用作传感信号的解调。目前市场上使用的线性响光纤光栅多是啁啾光栅。按现行技术，有两种制作方法可以制作这种光栅，一是用带幅度调制的啁啾模板曝光，即在通常的用横向写入法制作光纤光栅的系统中，用相应的啁啾模板代替布拉格光栅模板进行曝光制作。二是用双扫描装置进行函数控制曝光，即对光束位置，模板位置和光敏光纤位置这三个参数中的两个，进行函数控制曝光来进行光栅的制作。用啁啾模板代替布拉格光栅模板需要购置特殊的啁啾模板，制作的线性响应光纤光栅的工作波长，啁啾速率都受到啁啾模板的限制，如果要想在某一个工作波段内制作任意波长，任意啁啾速率，响应斜率和带宽的啁啾光栅，就必须需要许多不同指标的啁啾模板，线性响应光纤光栅才能制作出满足需要的线性响应光纤光栅，啁啾模板的价格十分昂贵，这对工业化生产带来极大困难。用双扫描装置进行函数控制曝光，即对光束位置，模板位置和光敏光纤位置这三个参数中的两个，进行函数控制曝光来进行光栅的制作的方法，需要制作精密控制的双扫描系统。
如中国专利02151734.7所公开的是采用振幅掩模板对入射平行紫外光进行振幅调制后利用相位模板对光敏光纤进行扫描曝光，它在紫外光照射振幅模板前，先用扩束装置对紫外光进行扩束，扩束后的紫外光经过振幅掩模板进行振幅调制，再用聚光装置压缩紫外光光斑，然后通过相位掩模板对光敏光纤进行扫描曝光。
中国专利02159585.2所公开的是把垂直入射的平行紫外光用振幅光栅衍射，然后用石英玻璃汇聚衍射光，汇聚衍射光通过相位模板对光敏光纤进行曝光。
中国专利CN02146019.1所公开的是用计算机同时控制准分子脉冲激光器和固定着光阑的旋转移动台按事先设计的函数曲线带动光阑转动对光敏光纤曝光。
习知的技术存在的问题：一是制作光纤光栅的仪器设备、啁啾模板价格昂贵；二是需要严格的相应防震系统，以保证光栅制作过程中机械方位的稳定性。除了成本造价外，以上所公开有技术还有一个共同的缺点：它们只能实现所需曝光函数的阶梯数字模拟，模拟函数的连续性的优劣会使光栅响应函数的产生有不同程度的误差，三是复杂的附加条件给员工操作带来困难，不利于工业化生产，四是光纤光栅解调系统的昂贵，不利于在价格较低的设备中安装。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种仅用线性响应光纤光栅，即能实现传感又能实现解调，大大降低了光纤光栅传感器解调系统的成本和复杂程度的具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统。
本发明所采用的技术方案是：一种具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统，包括有激光器；与激光器相连接的光耦合器；光耦合器的一路输出光通过光电二极管与放大器的串联进入除法器，光耦合器的另一路输出光连接光环行器的输入端，光环行器的第一个输出端与做为传感头的线性响应光纤光栅相联，另一个输出端通过光电二极管与放大器的串联进入除法器。
所述的激光器的中心波长与线性响应光纤光栅的中心波长相同。
所述的线性响应光纤光栅是由紫外激光器、可调狭缝板、互相垂直的柱透镜、相位模板、光敏光纤依次设置构成，其中，紫外激光器是139nm的氩离子激光器或248nm的准分子激光器中的一种。
本发明的具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统，制作线性响应光纤光栅的装置结构简单不需要昂贵的啁啾模板，不需要严格的防震设备，去除可调狭缝板就可以生产普通光纤光栅，四是操作简单，适合于工业化生产。而具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统，不另外设置可调滤波器，而且，光源的影响由除法器消除。即能实现传感又能实现解调，大大降低了光纤光栅温度检测系统的成本和复杂程度。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是制作线性响应光纤光栅装置的结构示意图；
图3是线性响应光纤光栅的示意图；
图4是线性响应光纤光栅随温度变化的示意图。
其中：
1：紫外激光器 2：狭缝板
3：激光器 4、5：柱透镜
6：相位模板 7：光敏光纤
8：光耦合器 9：光环行器
10：线性响应光纤光栅 11、14：光电二极管
12、15：放大器 13：除法器
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统做出详细说明。
如图1所示，具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统，包括有波长稳定的激光器3；与激光器3相连接的光耦合器8；光耦合器8的一路输出光通过光电二极管14与放大器15的串联进入除法器13。即，由除法器13输入到PC计算机输出。
光耦合器8的另一路输出光连接光环行器9的输入端，光环行器9的第一个输出端与做为传感头的线性响应光纤光栅10相联，线性响应光纤光栅10采集的返回信号回到光环行器9，光环行器9的另一个输出端通过光电二极管11与放大器12的串联将线性响应光纤光栅10采集的返回信号送入除法器13。即，光电二极管11把线性响应光纤光栅10采集到的光信号变成电信号送到放大器12，经放大器12放大的电信号进入除法器13。其中，所述的激光器3的中心波长与线性响应光纤光栅10的中心波长相同。
如图2所示，制作线性响应光纤光栅的装置，包括有紫外激光器1，其紫外激光器1可以是139nm的氩离子激光器或248nm的准分子激光器。由紫外激光器1发出248纳米或193纳米的平行光通过狭缝板2，狭缝板2的缝宽度d1为可调，通过狭缝板2的紫外光经过两个互相垂直的柱透镜4、5汇聚成方形光斑，这两个柱透镜4、5具有完全相同的性能指标，它们都垂直于紫外光入射的方向。经过两个互相垂直柱透镜4、5汇聚的方形光斑再通过相位模板6对光敏光纤7进行曝光，从而得到线性响应光纤光栅10。
如图4所示，图中实线部分是在温度为T0时，激光器的波长在的A处，经线性响应光纤光栅10反射后的强度为P0，当外界温度改变时，线性响应光纤光栅10将移动，图中虚线部分，由于激光器不随温度改变，通过线性响应光纤光栅10反射回来的光强度将改变为P1，通过计算机程序计算可以得到光强度为P1时的温度T1。即根据布拉格光栅反射波长改变量与温度的关系可得到温度的变化量公式：αΔT＝Δλβ/λβ或由光强度变化量与温度的关系可得到温度的变化量公式：βΔT＝ΔP/P。
为了通过可靠性和精确度，去除光源变化引起的影响，信号光与光源的光同时进入除法器处理。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作任何简单修改、等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统，其特征在于，包括有激光器(3)；与激光器(3)相连接的光耦合器(8)；光耦合器(8)的一路输出光通过光电二极管(14)与放大器(15)的串联进入除法器(13)，光耦合器(8)的另一路输出光连接光环行器(9)的输入端，光环行器(9)的第一个输出端与做为传感头的线性响应光纤光栅(10)相联，另一个输出端通过光电二极管(11)与放大器(12)的串联进入除法器(13)。
2.根据权利要求1所述的具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统，其特征在于，所述的激光器(3)的中心波长与线性响应光纤光栅(10)的中心波长相同。
3.根据权利要求1所述的具有采集和解调信号的线性响应光纤光栅温度检测系统，其特征在于，所述的线性响应光纤光栅(10)是由紫外激光器(1)、可调狭缝板(2)、互相垂直的柱透镜(4、5)、相位模板(6)、光敏光纤(7)依次设置构成，其中，紫外激光器(1)是139nm的氩离子激光器或248nm的准分子激光器中的一种。
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