CN1975342A - 光纤光栅传感系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤传感技术领域，具体讲是涉及光纤光栅传感系统。为提供一种多级，网络式光纤光栅传感系统，该光纤光栅传感系统能够同时测量环境温度和监测物体的应变情况，具有实时监测、测试范围大的优点。本发明采用的技术方案是，包括：依次相连的上层计算机、第一控制卡、上层光电探测器、可调滤波器、上层耦合器、光开关耦合器、级联光开关、光纤光栅传感器，宽带光源输出到上层耦合器；依次相连的下层计算机、第二控制卡、下层光电探测器、可调激光器、下层耦合器、光开关耦合器、级联光开关、光纤光栅传感器。本发明主要应用于采用光学传感器进行大规模网络测量的场合。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体讲是涉及光纤光栅传感系统。
背景技术
自1978年，加拿大的Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光敏现象并采用驻波法制造出世界上第一根光纤光栅和1989年美国的Melt等人实现了光纤Bragg光栅(FBG)的UV激光侧面写入技术以来，光纤光栅的制造技术不断完善，人们对光纤光栅在光传感方面的研究变得更为广泛和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。故光纤光栅传感器已成为当前传感器的研究热点。由光源、光纤光栅传感器和信号解调系统为主构成的光纤光栅系统如何能够在降低成本、提高测量精度、满足实时测量等方面的前提下，使各部分达到最优匹配，满足光纤光栅传感系统在现代化各个领域实用化的需要也是研究人员重点考虑的问题。
光纤光栅传感系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成。宽带光源为系统提供光能量，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。
光纤光栅传感系统是一种利用波长调制光纤传感器的测试系统，可广泛应用在军事和建筑、水利、公路、桥梁、隧道、边坡等民用领，特别是在土木工程中结构健康监测更是推动光纤光栅传感技术的应用。
目前光纤光栅传感器的文献主要集中在光纤光栅的封装方法和解调方法上。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多级，网络式光纤光栅传感系统。该光纤光栅传感系统能够同时测量环境温度和监测物体的应变情况，具有实时监测、测试范围大的优点。
本发明采用的技术方案是，包括：依次相连的上层计算机、第一控制卡、上层光电探测器、可调滤波器、上层耦合器、光开关耦合器、级联光开关、光纤光栅传感器，宽带光源输出到上层耦合器；依次相连的下层计算机、第二控制卡、下层光电探测器、可调激光器、下层耦合器、光开关耦合器、级联光开关、光纤光栅传感器。
所说的级联光开关为两级级联，与光开关耦合的一级由1×N的光开关构成，N为正整数。
所说的光纤光栅传感器设置为：S个光纤光栅传感器组成一行，耦合到所说的级联光开关的一路通道。
光源为可调激光器、SLD超辐射发光二极管，ASE放大自发辐射光源中的一种。
可调滤波器为中心波长可调滤波器或窗口可调滤波器。
本发明提供的光纤光栅传感系统可以带来如下效果：
本发明由于采用了上层、下层连接光纤光栅结构，上层、下层计算机分别采集光纤光栅的数据，通过上层可以确定光纤光栅陈列波长的变化，下层确定光纤光栅陈列的中心波长位置，最终得到外界物理量变化的情况，因而本发明能够实现同时测量环境温度和监测物体的应变情况，具有实时监测、测试范围大的优点。此外，由于本发明采用光纤光栅光路系统，因而，本发明具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好的特点。
附图说明
附图新型光纤光栅传感系统原理图。
具体实施方式
下面参照附图和实施例，进一步说明本发明。
图中1为上层计算机，2为第一控制卡，3为上层光电探测器，4为窄带放大器，5为可调滤波器，6为宽带光源，7为上层耦合器，8为下层计算机，9为第二控制卡，10为下层光电探测器，11为可调激光器，12为下层耦合器，13为光开关耦合器，14为上层光开光，15为下层光开关，16为光纤光栅传感器，17是光纤光栅光开关。本发明由上层传感系统和下层传感系统两部分构成。上层传感系统由上层计算机1、第一控制卡2、上层光电探测器3、窄带放大器4、可调滤波器5和上层耦合器组成，下层传感系统由下层计算机8、第二控制卡9、下层光电探测器10、可调激光器11和下层耦合器12组成。
宽带光源6发出的光输出到上层耦合器，依次经过光开关耦合器、级联光开关、光纤光栅传感器，再分别返回可调滤波器5、可调激光器11，上层计算机1通过窄带放大器4，控制根据实际检测物体的范围和精度要求，确定需要多大谱宽的光束，确定可调滤波器的宽度和中心波长范围，因而光纤光栅传感器感受外界变化产生的测量信号通过可调滤波器，经过光电探测器转换为电信号，由采集卡采集进计算机。
与前述过程相类似，激光器10扫描的作用下确定光纤光栅陈列的一段时间内中心波长位置。
本发明所用的光源6可以是可调激光器、SLD超辐射发光二极管，ASE放大自发辐射光源等。所用可调滤波器包括中心波长可调滤波器和窗口可调滤波器。光电探测器包括PIN探测器和APD探测器。在控制卡与计算计之间靠USB、串口和GPIB接口相连。第二控制卡9的型号为GPIB-Usb-HS，第一控制卡2的型号是PCI-6251。
由于光开光14和光开光17是一个1×N的光开光，所以整个光纤光栅阵列的数量可达2×S×N2个，本实施例所用光开关是1×8的光开关，光纤光栅的数量为8个，光纤光栅阵列的数量为1024个，通过简单地增加光开关、光纤光栅的数目，就可以实现扩展光纤光栅监测的范围。
在本实施例中，通过上层传感系统可以确定光纤光栅陈列波长的变化，下层传感系统确定光纤光栅陈列的中心波长位置。最终得到外界物理量变化的情况。由于上曾光开光14和光纤光栅光开光17是一个1×N的光开光，所以整个光纤光栅政列的数量可达S×N2个，极大地扩展光纤光栅监测的范围。
Claims (5)
1.一种光纤光栅传感系统，其特征是，包括：依次相连的上层计算机、第一控制卡、上层光电探测器、可调滤波器、上层耦合器、光开关耦合器、级联光开关、光纤光栅传感器，宽带光源输出到上层耦合器；依次相连的下层计算机、第二控制卡、下层光电探测器、可调激光器、下层耦合器、光开关耦合器、级联光开关、光纤光栅传感器。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅传感系统，其特征是，所说的级联光开关为两级级联，与光开关耦合的一级由1×N的光开关构成，N为正整数。
3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅传感系统，其特征是，所说的光纤光栅传感器设置为：S个光纤光栅传感器组成一行，耦合到所说的级联光开关的一路通道。
4.根据权利要求1所述的一种光纤光栅传感系统，其特征是，光源为可调激光器、SLD超辐射发光二极管，ASE放大自发辐射光源中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种光纤光栅传感系统，其特征是，可调滤波器为中心波长可调滤波器或窗口可调滤波器。
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| CN 200610130121 CN1975342A (zh) | 2006-12-13 | 2006-12-13 | 光纤光栅传感系统 |
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