CN205228478U - 可调谐光源的光纤光栅波长解调装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种可调谐光源的光纤光栅波长解调装置，包括光源、气体模块、光环形器、光电探测模块、数据处理模块、数据采集模块部分，利用光分路器，将波长可调谐DFB光源的光分成3路，分别进入不同的支路中：第1路光直接进入光电探测模块，第2路经过气体模块吸收后，进入光电探测模块，第3路光脉冲经环形器进入光纤光栅传感器，经光纤光栅传感器反射回窄带脉冲，再次经过环形器，进入光电探测模块；并将探测器输出信号进行处理，输入上位机，解调出光纤光栅的波长。本实用新型测量精度大大提升，且装置结构简单，成本低廉。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤光栅传感器波长解调领域，尤其是涉及一种光纤光栅传感器解调装置。
背景技术
在现有的技术中，光纤光栅解调装置是实现对光纤光栅传感器波长偏移量检测的主要装置。该装置的搭建有不同的方法，比如可调谐F-P滤波器的解调方法,该方法由A.D.Kersey等在1993年提出(A.D.Kersey,T.A.Berkoff,andW.W.Morey.MultiplexedfiberBragggratingstrain-sensorsystemwithafiberFabry–Perotwavelengthfilter[J].OpticsLetters,1993,18(16):1370-1372)，经过多年的发展，该方法是目前比较成熟、实用的技术。该技术中应用了可调谐F-P滤波器，成本较高。同时滤波器的核心器件是PZT压电陶瓷(锆钛酸铅)，PZT响应速度较慢，具有非线性特点；F-P标准具透射中心波长随环境温度变化而发生变化(王拥军，刘永超，张靖涛，等.高速高分辨率光纤布拉格光栅传感系统的解调技术[J].中国激光,2013(02).)：影响了可调谐F-P滤波器解调装置的精度和对环境温度的耐受性。
为了使装置在环境温度变化时能够保持较好的稳定性，我们提出了一种新的光纤光栅解调方法，制作了光纤光栅解调装置。
发明内容
本实用新型要解决的问题是提供一种光纤光栅解调方法和装置，用于对光纤光栅传感器的波长偏移量进行检测，使解调装置处于温度波动的的环境中时，依然具有较好的稳定性和较高的精确度。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型提供的光纤光栅解调装置包括：光源、光分路器、气体模块、光环行器、光纤光栅传感器、光电探测模块、数据采集模块、计算机等部分。
光源：采用可调谐DFB(分布反馈式)窄带光源,该光源可实现波长自动调谐；
光分路器：利用光分路器，将光源发出的光分成3路，分别进入不同的支路中：第1路光直接进入光电探测模块，第2路经过气体模块吸收后，进入光电探测模块，第3路光脉冲经环形器进入光纤光栅传感器，经光纤光栅传感器反射回窄带脉冲，再次经过环形器，进入光电探测模块；
气体模块：模块包括气室、准直器，尾纤及机械结构；气室内部充入气体，气体吸收特定波长的谱线，光源在调谐波长中，发出的谱线扫过这些特定波长的点，利用这些吸收谱线在时间轴上的位置，可对光源的输出波长的拟合；
光环行器：用来将光源发出的光发送到待检测物体并收集反射信号光，当光源功率较大时，也可采用光纤耦合器替代；
光纤光栅传感器：其周围环境的温度，所受的应变会使其反射的中心波长发生偏移，利用偏移量，可以实现对周围温度、应变等物理参量的测定；
光电探测模块：该模块由光电探测器和信号处理两部分构成。光电探测器可以将光纤中的光信号转化到电信号，信号处理部分并对转化后的信号进行放大、去噪等处理，提升信号质量；
数据采集模块：对光电探测电路输出的电信号进行采集，将模拟信号转化成数字信号，传输入计算机中进行处理；
计算机：用于对接收的信号进行分析、处理，根据一定的算法，实现光纤光栅传感器波长量的解调。
本实用新型具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，光纤光栅解调装置可应用于温度波动的环境中，并具有较高的精确度；同时还具有结构简单，维修方便，加工成本低、生产效率高等优点。
该装置可用于对光纤光栅传感器的波长偏移量的检测，实现对光纤光栅传感器所受温度和应变等物理量的反演；采用了气体模块，气体吸收特定波长的光谱，并且吸收谱线的波长不随温度的变化而变化，所以该装置对于温度具有一定的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型中气体模块的结构示意图。
图中：1光源，2分路器，3环形器，4光纤光栅传感器，5气体模块，6光电探测模块，7数据采集模块，8计算机，9尾纤，10C-lens透镜准直器，11夹持器，12气室，13气室夹具，14底座。
具体实施方式
如图1可调谐光源的光纤光栅解调装置示意图所示，本实用新型结构简单，由于使用了气体模块，并采用了新型的解调方法，可以提高解调装置的精度和对环境温度的不敏感性。
本实例的工作过程：光源1可以实现波长的自动调节，光源1发出的窄带脉冲光经过分路器，分成3路，一路光直接进入光电探测模块6，一路经过气室模块吸收后，进入光电探测模块6，第3路光经环形器3进入光纤光栅传感器4，经传感器4反射回窄带脉冲光，再次经过环形器3，进入光电探测模块。三路信号在光电探测模块中经过放大和处理之后，经由数据采集模块7采集，传入上位机8中进行处理，实现波长量的输出和显示。
气体模块如图2所示。气体模块由带尾纤的准直器10、准直器夹持器11、气室12、气室夹持器13、底座14组成。气室腔侧壁是一体成型技术制作出的玻璃管；两端采用打磨过的光学玻璃，光学玻璃设计一个3度的倾角，避免等倾多光束干涉效应，放于玻璃管两端进行固定，内部充有一定浓度的气体。C波段光可以顺利通过光学玻璃。气室两端放置光纤准直器，对c-lens透镜进行固定，使得进入气室的光准直，耦合进入光纤中的光功率最大。准直器由准直器夹持器固定，并可以对准直器进行调整，使气室两侧的准直器可以相互对准，减少光功率的损耗。气室夹持器13用于对气室进行固定，可开合的夹具能够灵活安装、拆卸气室，并可实现对气室进行更换。底座14用于对准直器夹持器11和气室夹持器13进行固定，底部具有导轨，可以实现不同长度气室更换之后，对水平距离进行调整。
本实用新型采用波长自动调谐的DFB窄带光源，和吸收谱线区在光源波长范围的气体模块。光源自动调谐波长，输出波长经过气体模块时，要被吸收，根据吸收的时间点，确定每一个周期中光源随时间变化的拟合曲线；光纤光栅中心波长与光源中心波长匹配时，光栅反射回光信号的功率最大，确定光纤光栅反射回谱线峰值的时间，根据拟合曲线确定其波长值。由于气体模块的吸收谱线波长值不随温度的变化而变化，所以环境温度变化时，依然能保持较好的稳定性。
以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
Claims (2)
1.一种可调谐光源的光纤光栅解调装置，其特征在于该装置包括：
光源、光分路器、气体模块、光环行器、光电探测模块、数据采集模块六部分,其中
光源：采用波长可调谐DFB窄带光源；
光分路器：利用光分路器，将光源发出的光分成3路，分别进入不同的支路中：第1路光直接进入光电探测模块，第2路经过气体模块吸收后，进入光电探测模块，第3路光脉冲经环形器进入光纤光栅传感器，经光纤光栅传感器反射回窄带脉冲，再次经过环形器，进入光电探测模块；
气体模块：包括气室、准直器，尾纤及机械结构，气室内部充入气体，气体吸收特定波长的谱线；
光环行器：光源发出的光发送到待检测物体并收集反射信号光；
光电探测模块：将光纤中的光信号转化到电信号并对转化后的信号进行放大、去噪处理；
数据采集模块：对光电探测电路输出的电信号进行采集，将模拟信号转化成数字信号，传输入计算机中进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种可调谐光源的光纤光栅解调装置，其特征在于：所述气体模块由带尾纤的准直器、准直器夹持器、气室、气室夹持器、底座组成，气室腔侧壁一体成型技术制成的玻璃管；两端采用处理过的光学玻璃，外侧设计一个3度的倾角，放于玻璃管两端进行固定，内部充有一定浓度的气体，气室两端放置光纤准直器，准直器夹持器可以对准直器进行调整，使气室两侧的准直器相互对准，气室夹持器用于对气室进行固定，底座用于对准直器夹持器和气室夹持器进行固定，底部具有导轨。
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