CN201748929U

CN201748929U - 利用ase光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置

Info

Publication number: CN201748929U
Application number: CN2010202608273U
Authority: CN
Inventors: 常军; 孔德龙; 公培军; 宋复俊; 张燕; 王伟杰; 王宗良
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2020-07-16

Abstract

利用ASE光源光谱特征来解调光纤光栅反射波长的波长解调装置，属光纤传感技术领域。装置包括ASE光源、分束器、光强传感器a、光强传感器b、3dB耦合器、FBG和计算机，其特征在于ASE光源位于分束器之前；分束器后面放置光强传感器a和3dB耦合器；3dB耦合器经光导纤维分别和光强传感器b和FBG相连接；光强传感器a、b将各自所接收的两路分束光转换成电信号，其输出端各自连接A/D转换装置后分别经导线电连接到计算机上，将输出的电信号通过计算机进行数据计算处理。本实用新型装置成本低，检测方法方便简单且实用，可以广泛的应用于生产生活的诸多领域，例如局部温度检测、局部应变检测等。

Description

利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置

(一)技术领域

本实用新型涉及一种利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置，属光纤传感技术领域。

(二)技术背景

根据光纤光栅可以反射特定波长的光这一重要性质，光纤光栅在不同的温度、应变等条件下会反射不同波长的光，利用光纤光栅的这一性质把光纤光栅作为传感器的温度、应变等传感系统已经被广泛的应用于生产生活中的诸多领域。在光纤传感系统中，光纤光栅反射回的波长的值需要通过一定的方法解调，目前常见的解调方法大都依靠光谱仪、波长计等。由目前的市场价格看，适用于光纤传感系统的光谱仪、波长计价格在几万元到几十万元不等。光纤传感系统的高价格，在一定程度上限制了光纤传感系统的应用范围和场所，影响了光纤传感系统的市场推广和进一步发展，如申请专利号为CN200710038145.0、实用新型名称为《光纤光栅高温传感系统》的专利即属于此列。

(三)发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本实用新型提出了一种利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置，旨在能替代光谱仪、波长计的作用，从而降低光纤传感系统的成本。

本实用新型的技术方案如下：

一种利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置，包括ASE光源、分束器、光强传感器a、光强传感器b、3dB耦合器、FBG、A/D转换装置和计算机，其特征在于ASE光源位于分束器之前，通过分束器将ASE光源发出的光分为两束；分束器后面放置光强传感器a和3dB耦合器，分别传输由分束器所分的两束光；3dB耦合器经光导纤维分别和光强传感器b和FBG相连接，使得入射到FBG的光经其反射回来又入射到光强传感器b上；光强传感器a、b将各自所接收的两路分束光转换成电信号，其输出端各自连接A/D转换装置后分别经导线电连接到计算机上，将输出的电信号通过计算机进行数据计算处理。

所述的ASE光源是指放大自发辐射光源。光源主体部分是增益介质掺铒光纤和高性能的泵浦激光器。

所述的FBG是Fiber Bragg Grating的缩写，即光纤布拉格光栅。

ASE光源的波长范围较宽，光谱形状、功率较为稳定，被广泛的用作光纤传感系统的光源。利用ASE光源的光谱在下降沿(波长从1558nm到1565nm之间)，光源在某一波长处的功率随波长增大而逐渐降低的关系，我们可以根据光纤光栅反射回的光的功率变化，间接地反映出光纤光栅反射光中心波长的变化。而根据反射光的功率变化范围，我们可以间接反映出光纤光栅中心波长的变化范围。

具体的说，ASE光源光谱形状、功率较为稳定。搭建一个由ASE光源、光栅光纤、光强传感器、计算机处理和显示系统组成的小型光纤传感系统。ASE光源发出的宽谱光经过分束器分为两束，一束直接射入光强传感器，另一束经耦合器射入光纤光栅，光纤光栅可以反射特定的波长，光纤光栅发射回的光经耦合器射入另一光强传感器。用于本系统的光强传感器均与计算机相连，并且，光强传感器的光强信息可以通过计算机实时采集和处理。

把该解调方法用于光纤温度传感系统中，在系统安装之前，我们将光纤光栅放在恒温箱内，确定报警温度时光纤光栅反射回的中心波长功率与ASE光源功率的比值。由ASE光源的光谱特征和光纤光栅随温度变化的特征可知，当温度升高时，光栅光纤的中心波长会向波长增长方向漂移，从而中心波长光的光强与ASE光源的光强比会下降。我们将该系统安装在被监测物体上，根据光强传感器的实时数据，可以绘制出光强比的实时数据曲线图，当光强比低于我们预设的报警光强比时，这时报警器报警。

把该解调方法用于光纤应变传感系统，在系统安装前，我们根据所测物体所能承受的最大应力变化，确定波长的漂移范围，从而确定光纤光栅发射回来的波长功率与ASE光源功率的比值范围。我们将该系统安装在被监测物体上，根据光传感器的实时数据，可以绘制出光强比的实时数据曲线图。设置一个比较高速的计算机数据采样频率，这样就能把应变的实时状况通过实时数据曲线图显示出来。当实时数据曲线图中光强比的范围，超出了我们在系统搭建之间确定的最大变化范围时，这表示被测物体受到了超出其承受范围的应变。这时需要我们检查被监测物体，排除安全隐患。

利用上述装置、通过光纤光栅反射波长解调进行温度和应变测量，具体步骤如下：

①将装置连接好，ASE光经分束器入射到光强传感器a，光强传感器a将接收到的光强信号转变为电信号，以电流信号的形式输出；电流信号经A/D转换装置输入计算机，借助相关软件程序，在计算机上得到光强信号对应的数字电流信号大小为I₁；ASE光经分束器射入FBG，经FBG反射的特定波长的光射入到光强传感器b，经光强传感器、A/D转换装置，借助相关软件程序，在计算机上读出该路光的数字电流信号大小为I₂；I₁、I₂均由计算机实时读取，实时变化；

②当该装置被用来监测温度信息时，在系统安装之前，我们将FBG放在恒温箱内，确定报警温度时I₂与I₁的比值，定为(I₂/I₁)_报警；由ASE光源的光谱特征和FBG随温度变化的特征可知，当温度升高时，FBG的中心波长会向波长增长方向漂移，从而I₂与I₁的比值会下降；报警温度时所对应的I₂/I₁，即I₂/I₁的允许最小值；我们将该系统安装在被监测物体上，根据计算机从光强传感器获取的实时数据，绘制出I₂/I₁的实时数据曲线图，当I₂/I₁低于我们预设的报警光强比(I₂/I₁)_报警时，这时报警器报警；

当该装置被用来监测应变信息时，在系统安装前，我们根据所测物体所能承受的最大应力变化，确定波长的漂移范围，从而确定FBG发射回来的波长功率与ASE光源功率的比值范围，将光信号转换为电信号后，确定I₂/I₁的最大值(I₂/I₁)_最大、最小值(I₂/I₁)_最小；我们将该系统安装在被监测物体上，根据光强传感器a、b的实时数据，转变为电信号后，绘制出电流信号比I₂/I₁的实时数据曲线图；设置一个比较高速的计算机数据采样频率，这样就能把应变的实时状况通过实时数据曲线图显示出来；当实时数据曲线图中光强比I₂/I₁，小于(I₂/I₁)_最小或者大于(I₂/I₁)_最大时，这表示被测物体受到了超出其承受范围的应变；这时需要我们检查被监测物体，排除安全隐患；

③当系统被用来实时监测时，通过相关软件程序，计算机根据光强传感器a和光强传感器b送进来的电流信号I₁和I₂，建立一个I₂/I₁随时间t的实时数据曲线图；数字电流信号I₁和I₂的数值大小由计算机实时采集，采集的频率由计算机程序确定，当计算机采集到某一时刻的I₁和I₂的值时，计算机会同时计算I₂/I₁的大小，将I₂/I₁的值在实时数据曲线图上标定出来，并且将这个值与报警I₂/I₁比较，如果采集到的I₂/I₁符合步骤②中所述的报警条件时，系统发出报警信息。

由于ASE光源的光谱形状功率具有一定的稳定性，当我们设置不同的计算机采样、处理频率时，该种方法可以广泛的用来检测温度、应变等。

本实用新型的有益效果可根据对上述技术的具体叙述得知，包含光谱仪、波长计等解调模块的光纤传感系统价格在几万元到几十万元不等价格较高使光纤传感系统的市场受到一定的限制。而采用了利用ASE光源光谱下降沿部分解调的新型光纤传感系统使传感系统的价格得到大幅度的下降。这种小型系统可以广泛的应用于生产生活的诸多领域，例如局部温度检测、局部应变检测等，为保障工业安全生产、日常生活安全发挥着重要的作用。

(四)附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图。

其中：1，ASE光源、2，分束器、3，3dB耦合器、4，FBG、5，光强传感器a、6，光强传感器b、7，计算机、8、光导纤维，9、A/D转换装置，10、A/D转换装置。

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明，但不限于此。

实施例：

如图1所示，包括ASE光源1、分束器2、光强传感器a5、光强传感器b5、3dB耦合器3、FBG4、A/D转换装置9、10和计算机7，其特征在于ASE光源1位于分束器2之前，通过分束器2将ASE光源1发出的光分为两束；分束器2后面放置光强传感器a5和3dB耦合器3，分别传输由分束器2所分的两束光；3dB耦合器3经光导纤维8分别和光强传感器b6和FBG4相连接，使得入射到FBG4的光经其反射回来又入射到光强传感器b6上；光强传感器a5、b6将各自所接收的两路分束光转换成电信号，其输出端各自连接A/D转换装置9、10后分别经导线电连接到计算机7上，将输出的电信号通过计算机进行数据计算处理。

Claims

1.一种利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置，包括ASE光源、分束器、光强传感器a、光强传感器b、3dB耦合器、FBG、A/D转换装置和计算机，其特征在于ASE光源位于分束器之前，通过分束器将ASE光源发出的光分为两束；分束器后面放置光强传感器a和3dB耦合器，分别传输由分束器所分的两束光；3dB耦合器经光导纤维分别和光强传感器b和FBG相连接，使得入射到FBG的光经其反射回来又入射到光强传感器b上；光强传感器a、b将各自所接收的两路分束光转换成电信号，其输出端各自连接A/D转换装置后分别经导线电连接到计算机上，将输出的电信号通过计算机进行数据计算处理。