CN205619942U - 温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统 - Google Patents
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Abstract
温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统，涉及基于边带滤波光纤光栅解调系统的灵敏度提高与解调范围扩大，属于光纤传感及边带滤波解调光纤光栅领域。本实用新型采用波长可调谐激光器输出谱和长周期光纤光栅透射谱两个准线性边带进行边带滤波，为解决现有的光纤光栅滤波解调系统灵敏度低、动态范围小、不能检测微弱信号或微弱信号变化不明显的问题。本实用新型的光纤耦合器将波长可调谐激光器输出的光传输给光纤光栅传感器阵列，第二个光纤耦合器又将光纤光栅传感器阵列反射回来的光信号分成两路，其中一路进入长周期光纤光栅后进入光电转换及放大系统，而另一路作为补偿光路直接将光信号进入光电转换及放大电路系统，两路光一同进入数据采集及处理系统相除完成对光纤光栅传感器阵列中传感信号的处理；本实用新型具有操作方便，体积小、价格低廉、易于推广使用的用途。
Description
技术领域
本发明涉及基于边带滤波光纤光栅解调系统的灵敏度提高与解调范围扩大。属于光纤传感及边带滤波解调光纤光栅领域。
背景技术
作为一种光新无源传感元件，光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）传感器具有波长编码和准分布式的独特的优点使其得以迅猛发展，将其研制成传感器已经广泛的应用于各个领域用于大型结构健康的安全检测中。在用于微弱信号的检测中，解调系统的灵敏度和解调范围是其重要的性能参数，提高FBG解调灵敏度可以实现FBG传感器对外界环境的微弱变化的实时监测，在一些安全监测领域或要求监测结果精确的领域具有很高的使用价值。
目前，基于FBG传感器进行监测系统中，FBG波长信息解调是关键技术。通过对国内FBG解调仪研发公司销售调查，平均每年销售额在1亿多人民币，随着市场需求逐年并呈逐年上升趋势。目前在常用的FBG波长信息解调方法中，滤波法以其解调方法可行、结构简单、成本低等优势成为研究热点。其中可调F-P谐滤波的精度受法-珀腔的稳定性及压电陶瓷的非线性影响，只适用于静态或准静态测量；匹配滤波解调方法灵敏度高，但动态范围窄、易受环境温度影响；虽然非平坦化放大自发辐射宽带光源边带滤波能实现对FBG波长信号的解调，但光源利用率低，在C波段FBG反射谱只占光源输出能量的二百分之一；粗波分复用器边带滤波虽有近3几纳米的动态范围，但解调灵敏度低，无法保证大量程的实现；而专利2015 2 0758529.6提出的“边带滤波FBG解调系统灵敏度的提高”虽然提高了系统的灵敏度，但仍然无法解决解调系统的量程，并且由于掺铒光纤放大器的引入，使系统变得复杂。多因此，同时实现高灵敏度与大量程结构简单的边带滤波解调系统对FBG传感信号的监测尤为重要。
发明内容
本发明是为了解决现有的滤波法构成的FBG解调系统灵敏度低和解调范围小，不能检测微弱信号或微弱信号变化不明显的问题，现提供可实现温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统。
温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统。它包括波长可调谐激光器（1）、光纤隔离器（2）、光纤耦合器（3）、光纤光栅传感器阵列（4）、光纤耦合器（5）、长周期光纤光栅（6）、光电转换及放大系统（7）、数据采集及处理系统（8）；
波长可调谐激光器（1）发出波长连续变化的光，该光经光纤隔离器（2）后进入耦合比为1：9光纤耦合器（3）分成两路，其中耦合比大的那路光传输给光纤光栅传感器阵列（4）；
由光纤光栅传感器阵列（4）中每个光纤光栅传感器返回的光信号再次经由光纤耦合器（3），光纤耦合器（3）将返回的光送入耦合比为1：9的光纤耦合器（5），该光纤耦合器（5）将光分成两路，其中耦合比大的那路光进入长周期光纤光栅（6）后进入光电转换及放大系统（7），而耦合比小的那路光作为光源波动的补偿光路将光纤光栅传感器阵列（4）返回的光直接进入光电转换及放大系统（7），两路光一同进入数据采集及处理系统（8）进行相除后，完成对外传感信号的处理；
光纤光栅传感器阵列（4）由n个串联的不同中心波长FBG传感器构成，其中n为正整数。
本新型采用线性边带滤波解调方案，利用波长可调谐激光器输出谱的准线性边带和长周期光纤光栅透射谱准线性边带透射率与波长的线性关系，实现双边带滤波对FBG波长信号解调。由于长周期光纤光栅和FBG都是小体积、低成本的光学无源器件，且长周期光纤光栅透射线性边带范围宽，波长可调谐激光器输出光功率大，无须再引进其他光无源器件进行再放大，且采用光纤耦合器将光分成两路，一路用于滤波解调，一路可补偿由于温度影响造成光源波动对解调信号的影响，因此本新型所述温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统能够同时实现FBG波长信息解调、光无源器件的性能测试，并且其测量系统灵敏度高和动态范围宽，同比灵敏度提高了3倍，动态范围提高10%。
本新型集合光学技术、模拟技术和电子技术于一体，用模块组合方式，将光传感、信息控制和光电检测中所用的光有源和无源等各类器件的集成在一个系统，完成对外界传感信息的测试；且本新型的系统简单，同比现有技术，复杂度降低了1倍以上；同时具有综合性强、操作方便，体积小的特点。
本实用新型是为了实现对FBG传感器波长信息的间接获取，该系统涉及到的光有源和无源器件均以模块形式组装，系统中每个模块即可以独立工作也可以组成系统实现统一的功能，通过对软件编程及模块更换，具有后续开发功能。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构图。
图2为本实用新型的边带滤波解调FBG原理示意图，图中曲线1表示边带滤波特性规律，曲线2表示FBG反射谱信号。
图3为恒功率驱动下可调谐激光器输出波长与调谐电压关系，图中横坐标为调谐电压，纵坐标为输出波长。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统，它包括波长可调谐激光器（1）、光纤隔离器（2）、光纤耦合器（3）、光纤光栅传感器阵列（4）、光纤耦合器（5）、长周期光纤光栅（6）、光电转换及放大系统（7）、数据采集及处理系统（8）；
波长可调谐激光器（1）发出波长连续变化的光经光纤隔离器（2）和光纤耦合器（3）后传输给光纤光栅传感器阵列（4），光纤光栅传感器阵列（4）中每个光纤光栅传感器返回的光再次经由光纤耦合器（3）送入光纤耦合器（5）分成两路，其中一路光进入长周期光纤光栅（6）后进入光电转换及放大系统（7），另外一路光直接进入光电转换及放大系统（7），两路光一同进入数据采集及处理系统（8）完成对光纤光栅传感器阵列（4）的FBG传感信号的处理。
波长可调谐激光器输出窄线宽高功率高斯分布的谱，利用其输出谱的上升边带或下降边带实现FBG传感反射波长信号的滤波解调，解决了利用非平坦化放大自发辐射宽带光源边带滤波解调FBG波长信号光源利用率低的问题，又基于波长可调谐激光器输出谱边带斜率远远高于放大自发辐射宽带光源输出谱边带斜率，因此提高了系统的灵敏度。
长周期光纤光栅透射谱某一线性边带由于具有大约20nm的准线性区，用于二次边带滤波解调FBG传感波长信号不仅提高系统解调灵敏度，同时也扩大系统的解调范围，解决了高灵敏度、大量成的问题。
FBG传感原理：FBG反射谱中心波长为的FBG传感器与沿轴向应变与和温度变化 与波长变化量 关系为
式中pe、 和 均为常数。
边带滤波解调原理：将光纤滤波器的输出谱在某一波长范围内透射率与波长关系近似为线性关系，FBG的反射光的谱密度函数近似为高斯曲线函数，入射光通过FBG的反射和光纤滤波器的透射，光强与波长之间关系可表述为线性滤波函数与FBG反射光的谱密度函数的相关，见图2。当FBG受到扰动时，FBG反射光中心波长变化与通过光电转换系统输出电平 间线性关系为
式中 为FBG峰值反射率，G为光电转换系统增益，k为常数。通过检测输出电平信号反应FBG传感信号变化大小。
温度补偿原理：当光源输出谱受外界影响波动时，采用两路进行除法运算实施补偿。
具体实施方式二：本实施方式对具体实施方式一所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统作进一步限定，本实施方式中，它还包括光纤光栅传感器阵列（4），该光纤光栅传感器阵列（4）是由n个串联的不同反射光中心波长FBG传感器构成，其中心波长及其变化范围均在波长可调谐激光器（1）的调谐范围内；
具体实施方式三：本实施方式对具体实施方式一所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统作进一步限定，本实施方式中，长周期光纤光栅（6）透射谱准线性边带波长范围应与波长可调谐激光器（1）输出波长范围一致；
具体实施方式四：本实施方式对具体实施方式一所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统作进一步限定，本实施方式中，波长可调谐激光器（1）是由分布反馈式激光器和调谐电路组成，由调谐电路控制分布反馈式激光器使其输出连续谱，具有输出功率高和输出谱边带斜率大的特点，其恒功率驱动下可调谐激光器输出波长与调谐电压关系如图3；
具体实施方式五：本实施方式对具体实施方式一所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统作进一步限定，本实施方式中，光纤耦合器（3）和光纤耦合器（5）为1：9耦合比的耦合器；
具体实施方式六：本实施方式对具体实施方式一所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统作进一步限定，本实施方式中，光纤耦合器（5）输出的两路光，其中一路进入长周期光纤光栅（6）完成边带滤波解调，另一路作为补偿光路进入光电转换及放大系统（7）与光路一信号进行相除运算，消除光源波动对解调的影响。
Claims (5)
1.温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统，其特征在于：它包括波长可调谐激光器（1）、光纤隔离器（2）、光纤耦合器（3）、光纤光栅传感器阵列（4）、光纤耦合器（5）、长周期光纤光栅（6）、光电转换及放大系统（7）、数据采集及处理系统（8）；
波长可调谐激光器（1）发出波长连续变化的光经光纤隔离器（2）和光纤耦合器（3）后传输给光纤光栅传感器阵列（4）；
由光纤光栅传感器阵列（4）中每个光纤光栅传感器返回的光经由光纤耦合器（3），光纤耦合器（3）再将返回的光送入光纤耦合器（5）分成两路，其中一路光进入长周期光纤光栅（6）后其透射谱进入光电转换及放大系统（7），而另一路光直接进入光电转换及放大系统（7），两路光一同进入数据采集及处理系统（8）完成对光纤光栅传感器阵列的传感信号的处理。
2.根据权利要求1所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统，其特征在于：光纤光栅传感器阵列（4）是由n个串联的光纤光栅传感器构成，其中n为正整数，且光纤光栅传感器阵列（4）中每个光纤光栅传感器的反射光中心波长都不同。
3.根据权利要求1所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统，其特征在于：波长可调谐激光器（1）是由分布反馈式激光器和调谐电路组成，由调谐电路控制分布反馈式激光器使其输出连续谱，具有输出功率高和输出谱边带斜率大的特点。
4.根据权利要求1所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统，其特征在于：系统引入光纤耦合器（3）和光纤耦合器（5），光纤耦合器（3）是用来传输波长可调谐激光器（1）输出的光和光纤光栅传感器阵列（4）中FBG传感器返回的光，光纤耦合器（5）是将光纤耦合器（3）的一路返回光耦合成两路。
5.根据权利要求1所述的温度补偿的可调谐激光器与长周期光纤光栅边带解调系统，其特征在于：光纤光栅传感器阵列（4）中传感器反射光中心波长及变化范围在波长可调谐激光器（1）输出波长范围内，也在长周期光纤光栅（6）透射谱准线性边带波长范围内。
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| CN110476095A (zh) * | 2017-10-02 | 2019-11-19 | 直观外科手术操作公司 | 具有微光栅的光纤以及用于制作和使用该光纤的方法和装置 |
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| CN110476095A (zh) * | 2017-10-02 | 2019-11-19 | 直观外科手术操作公司 | 具有微光栅的光纤以及用于制作和使用该光纤的方法和装置 |
| US11761797B2 (en) | 2017-10-02 | 2023-09-19 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Optical fiber with microgratings for increased measurable strain range |
| CN110476095B (zh) * | 2017-10-02 | 2023-10-20 | 直观外科手术操作公司 | 具有微光栅的光纤以及用于制作和使用该光纤的方法和装置 |
| CN110160628A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-08-23 | 山东大学 | 一种光纤光栅振动信号的解调系统及方法 |
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