CN202281843U - 基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统 - Google Patents

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Abstract

基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统，适用于光纤传感技术、民用工程、轨道交通等领域。该系统包括：宽带光源、第一至第八三端口耦合器，第一至第四锥形光纤光栅，第一至第四光纤布拉格光栅，第一至第四光电探测器，第一至第四压电陶瓷，信号处理模块，计算机，驱动电源。第一至第四锥形光纤光栅与第一耦合器连接，宽带光源通过第一至第八耦合器与第一至第四光电探测器和第一至第四光纤布拉格光栅连接，这四个光纤布拉格光栅粘贴在第一至第四压电陶瓷，每个压电陶瓷的两个引出线与驱动电源连接，驱动电源与计算机连接。第一至第四光电探测器经信号处理模块接计算机。该系统能实现温度和应力、应变的同时测量，并实现多路复用解调。

Description

基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统
技术领域
本实用新型涉及基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统，适用于光纤传感技术、民用工程、轨道交通等领域。
背景技术
光纤传感技术是近年来发展最快的应用技术，该技术的应用已经逐步从军事领域发展到了电力、石油、石化、交通和建筑等各个工业领域。目前光纤作为传感媒质，已经可以对70余种物理参量进行传感，其中应用最广泛的主要是温度、应力/应变、振动传感。
光纤光栅是一种波长调制型器件，光纤光栅通过波长编码易于实现复用，这种复用光纤光栅传感器在大型结构如水坝、桥梁、重要建筑和飞行器等的安全监测方面有着极为广阔的应用前景。通过共享光源和电子处理部分，随着系统中复用传感器数目的增加，每个传感器的花费将大大减少，这将增强光纤传感器对传统机电类传感器的竞争力。
在许多结构健康监测、智能结构监测等工程测量领域，由于一些被测对象往往不是一个点，而是呈一定空间分布的待测量场，这时往往就需要采用分布式的传感系统来获得这一类被测对象的更为系统、更为完整的信息。所谓分布式传感技术是指可以同时获取在传感区域内随时间和空间变化的被测量分布信息的传感技术，其特征是将离散或量化空间分布且具有相同调制类型的光纤光栅传感器耦合到一根光纤上，通过寻址、解调、检测出被测量的大小和分布信息。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种解调速度高、结构简单、性价比高的分布式传感解调方案。
本实用新型的技术方案：
一种基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统，其特征在于：该系统的宽带光源的输出接第一三端口耦合器的第一端口，第一三端口耦合器的第二端口接由第一至第四锥形光纤光栅串接后的一端，第一三端口耦合器的第三端口接第二三端口耦合器的第一端口。
第二三端口耦合器的第二端口接第三三端口耦合器的第一端口，第二三端口耦合器的第三端口接第四三端口耦合器的第一端口。
第三三端口耦合器的第二端口接第五三端口耦合器的第一端口，第三三端口耦合器的第三端口接第六三端口耦合器的第一端口。
第四三端口耦合器的第二端口接第七三端口耦合器的第一端口，第四三端口耦合器的第三端口接第八三端口耦合器的第一端口。
第五三端口耦合器的第二端口接第一光纤布拉格光栅，第一光纤布拉格光栅粘贴在第一压电陶瓷，第五三端口耦合器的第三端口接第一光电探测器。
第六三端口耦合器的第二端口接第二光纤布拉格光栅，第二光纤布拉格光栅粘贴在第二压电陶瓷，第六三端口耦合器的第三端口接第二光电探测器。
第七三端口耦合器的第二端口接第三光纤布拉格光栅，第三光纤布拉格光栅粘贴在第三压电陶瓷，第七三端口耦合器的第三端口接第三光电探测器。
第八三端口耦合器的第二端口接第四光纤布拉格光栅，第四光纤布拉格光栅粘贴在第四压电陶瓷，第八三端口耦合器的第三端口接第四光电探测器。
第一光电探测器的输出端、第二光电探测器的输出端、第三光电探测器输出端、第四光电探测器的输出端分别接信号处理模块的各自的输入端，信号处理模块接计算机。
第一压电陶瓷、第二压电陶瓷、第三压电陶瓷、第四压电陶瓷的两个引出线与驱动电源连接，驱动电源与计算机连接。
每个锥形光纤光栅对所测点的温度、应力进行编码，当测量点的周围温度或应力发生变化时，锥形光纤光栅的中心波长同时发生变化，通过信号处理模块中输入相关算法来寻找光电探测器输出中的最大值，可以获得锥形光纤光栅反射谱的中心波长及其带宽的变化量，实现温度和应力、应变的同时测量。
本实用新型的有益效果：本实用新型提出的基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统，结构简单，易于实现；不需要高昂的解调设备，将锥形光纤光栅作为传感解调器件，根据锥形光纤光栅反射谱的中心波长及其带宽的变化量即可实现温度和应力、应变的同时测量，只需要光电探测器进行处理，价格便宜，性价比高；可以实现传感光栅网络的多路复用解调，增大了传感系统的容量，能实现长距离、大范围的监测。
附图说明
图1基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
本实施例结合附图1进行详细说明。
一种基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统，其特征在于：该系统的宽带光源1的输出接第一三端口耦合器的第一端口211，第一三端口耦合器的第二端口212接由第一至第四锥形光纤光栅31、32、33、34串接后的一端，第一三端口耦合器的第三端口213接第二三端口耦合器的第一端口221。
第二三端口耦合器的第二端口222接第三三端口耦合器的第一端口231，第二三端口耦合器的第三端口223接第四三端口耦合器的第一端口241。
第三三端口耦合器的第二端口232接第五三端口耦合器的第一端口251，第三三端口耦合器的第三端口233接第六三端口耦合器的第一端口261。
第四三端口耦合器的第二端口242接第七三端口耦合器的第一端口271，第四三端口耦合器的第三端口243接第八三端口耦合器的第一端口281。
第五三端口耦合器的第二端口252接第一光纤布拉格光栅41，第一光纤布拉格光栅41粘贴在第一压电陶瓷61，第五三端口耦合器的第三端口253接第一光电探测器51。
第六三端口耦合器的第二端口262接第二光纤布拉格光栅42，第二光纤布拉格光栅42粘贴在第二压电陶瓷62，第六三端口耦合器的第三端口263接第二光电探测器52。
第七三端口耦合器的第二端口272接第三光纤布拉格光栅43，第三光纤布拉格光栅粘贴在第三压电陶瓷63，第七三端口耦合器的第三端口273接第三光电探测器53。
第八三端口耦合器的第二端口282接第四光纤布拉格光栅44，第四光纤布拉格光栅44粘贴在第四压电陶瓷64，第八三端口耦合器的第三端口283接第四光电探测器54。
第一光电探测器51的输出端、第二光电探测器52的输出端、第三光电探测器53输出端、第四光电探测器54的输出端分别接信号处理模块7的各自的输入端，信号处理模块7接计算机8。
第一压电陶瓷61、第二压电陶瓷62、第三压电陶瓷63、第四压电陶瓷64的两个引出线与驱动电源9连接，驱动电源9与计算机8连接。
在图1中以四路波长解调为例，可以根据实际需要进行扩展。
以其中一路锥形光纤光栅解调为例。锥形光纤光栅31的中心波长为1545.5nm，峰值反射率为90％。第一光纤布拉格光栅41的中心波长为1548.2nm，锥形反射谱从1547nm到1548.25nm。
基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统的宽带光源1发出的光进过第一三端口耦合器进入锥形光纤光栅31、32、33、34；锥形光纤光栅31、32、33、34反射回来的光经过第二三端口耦合器分成两束分别进入第三三端口耦合器和第四三端口耦合器；经过第三三端口耦合器出射的光被分成两束分别进入第五三端口耦合器和第六三端口耦合器，经过第四三端口耦合器出射的光被分成两束分别进入第七三端口耦合器和第八三端口耦合器；经过第五三端口耦合器出射的光被分成两束，一束光直接由第一光电探测器51接受，第二束光经过第一光纤布拉格光栅41；经过第六三端口耦合器出射的光被分成两束，一束光直接由第三光电探测器52接受，第二束光经过第二光纤布拉格光栅42；经过第七三端口耦合器出射的光被分成两束，一束光直接由第五光电探测器53接受，第二束光经过第三光纤布拉格光栅43；经过第八三端口耦合器出射的光被分成两束，一束光直接由第七光电探测器54接受，第二束光经过第四光纤布拉格光栅44；每个锥形光纤光栅对所测点的温度、应力进行编码，当测量点的周围温度或应力发生变化时，锥形光纤光栅的中心波长同时发生变化，通过信号处理模块中输入相关算法来寻找光电探测器输出中的最大值，可以获得锥形光纤光栅反射谱的中心波长及其带宽的变化量，实现温度和应力、应变的同时测量。
本实用新型所使用的器件均为市售器件。

Claims (1)

1.一种基于锥形光纤光栅的分布式传感解调系统，其特征在于：该系统的宽带光源(1)的输出接第一三端口耦合器的第一端口(211)，第一三端口耦合器的第二端口(212)接由第一至第四锥形光纤光栅(31、32、33、34)串接后的一端，第一三端口耦合器的第三端口(213)接第二三端口耦合器的第一端口(221)；
第二三端口耦合器的第二端口(222)接第三三端口耦合器的第一端口(231)，第二三端口耦合器的第三端口(223)接第四三端口耦合器的第一端口(241)；
第三三端口耦合器的第二端口(232)接第五三端口耦合器的第一端口(251)，第三三端口耦合器的第三端口(233)接第六三端口耦合器的第一端口(261)；
第四三端口耦合器的第二端口(242)接第七三端口耦合器的第一端口(271)，第四三端口耦合器的第三端口(243)接第八三端口耦合器的第一端口(281)；
第五三端口耦合器的第二端口(252)接第一光纤布拉格光栅(41)，第一光纤布拉格光栅(41)粘贴在第一压电陶瓷(61)，第五三端口耦合器的第三端口(253)接第一光电探测器(51)；
第六三端口耦合器的第二端口(262)接第二光纤布拉格光栅(42)，第二光纤布拉格光栅(42)粘贴在第二压电陶瓷(62)，第六三端口耦合器的第三端口(263)接第二光电探测器(52)；
第七三端口耦合器的第二端口(272)接第三光纤布拉格光栅(43)，第三光纤布拉格光栅粘贴在第三压电陶瓷(63)，第七三端口耦合器的第三端口(273)接第三光电探测器(53)；
第八三端口耦合器的第二端口(282)接第四光纤布拉格光栅(44)，第四光纤布拉格光栅(44)粘贴在第四压电陶瓷(64)，第八三端口耦合器的第三端口(283)接第四光电探测器(54)；
第一光电探测器(51)的输出端、第二光电探测器(52)的输出端、第三光电探测器(53)输出端、第四光电探测器(54)的输出端分别接信号处理模块(7)的各自的输入端，信号处理模块(7)接计算机(8)；
第一压电陶瓷(61)、第二压电陶瓷(62)、第三压电陶瓷(63)、第四压电陶瓷(64)的两个引出线与驱动电源(9)连接，驱动电源(9)与计算机(8)连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103162724A (zh) * 2013-03-08 2013-06-19 中北大学 基于动态扫描的光纤光栅传感解调仪及方法
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