CN2715111Y - 多通道光纤光栅传感装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多通道光纤光栅传感装置，属于光纤传感领域。该装置包括由宽带光源，三端光环形器，至少两个FBG传感器，光纤耦合器，波长解调器及光电探测器组成的多通道光纤光栅传感装置，其特征在于，波长解调器采用密集波分解复用器，它的输入端与光纤耦合器的一个输出端相连，密集波分解复用器内至少设有两个波长通道，波长通道个数与FBG传感器个数相匹配，密集波分解复用器的输出端连接至少两个光电探测器，输出端连接的光电探测器的个数与FBG传感器个数相匹配。本实用新型具有结构简单，光能利用率高，以及可实现动态测量等显著特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多通道光纤光栅传感装置，特别是一种利用密集波分复用器进行波长解调的多通光纤光栅传感装置，属光纤传感领域。
背景技术
光纤布拉格光栅(简称FBG)是在单模光纤的纤芯内通过某种方式对其折射率产生周期性的调制而形成的一种全光纤器件。FBG已被越来越广泛地用于光纤通信和光纤传感等领域。FBG传感器具有抗电磁干扰，耐腐蚀，使用寿命长，体积小，可以光波长复用方式实现多点分布测量等显著的优点，因而在无法使用传统传感器的场合发挥了巨大作用。近年来，随着FBG传感技术的不断发展，其应用范围也在日益扩大，并开始在有些领域取代传统的传感系统。
FBG传感是通过确定被光纤光栅反射或透射的布拉格波长实现对被测物理量值的绝对测量。布拉格波长λB由光栅周期Λ和反向耦合模的有效折射率neff决定，即λB＝2Λneff。FBG传感系统由光源、FBG传感器和波长解调设备构成。解调设备的作用就是检测FBG传感器产生的波长移动并获得被测物理量的测量数据，解调设备是FBG传感系统的一个重要组成部分。在现有的波长解调设备中，光谱分析仪仍然是最常用的一种。作为一种通用测试仪器，光谱分析仪无论是光谱测量范围还是光谱测量精度都适合于FBG传感系统，特别是多点测量系统。但是光谱分析仪价格昂贵且不适合于现场应用。为满足日益增加的FBG传感系统的需要，人们研究了各种专用的FBG传感器波长解调设备，有些已产品化并投入市场。这些技术包括边带滤波器技术、CCD光谱仪、可调谐滤波器法、双光纤光栅比对法、衍射体光栅技术等。
边带滤波器技术是利用光学滤波器的边缘将FBG反射波长的变化转换为光强的变化，再由光探测器将光强的变化转换为电流或电压变化，从而实现波长解调。由边带滤波器构成的FBG波长解调设备结构简单，造价低，测量范围宽，而且适合于动态测量，因而在科研和工程中得到一定程度的应用。
用于FBG波长解调设备的边带滤波器有薄膜滤波器、啁啾FBG和长周期光纤光栅等。由于啁啾FBG和长周期光纤光栅本身对环境温度敏感，因此解调设备环境温度的变化会对FBG传感系统造成影响。实际使用的边带滤波器多采用单个光学薄膜滤波器，因此只能解调单一FBG传感器。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种多通道光纤光栅传感装置，本实用新型具有结构简单，光能利用率高。
本实用新型是通过下述方案加以实现的。包括由宽带光源，三端光环形器，至少两个FBG传感器，光纤耦合器，波长解调器及光电探测器组成的多通道光纤光栅传感装置，其特征在于，波长解调器采用密集波分解复用器，它的输入端与光纤耦合器的一个输出端相连，密集波分解复用器内至少设有两个波长通道，波长通道个数与FBG传感器个数相匹配，密集波分解复用器的输出端连接至少两个光电探测器，输出端连接的光电探测器的个数与FBG传感器个数相匹配。
本实用新型可同时对多个FBG传感器产生的波长移动进行解调，密集波分解复用器同时起到通道分离和波长解调的作用，无需星形耦合器即可实现多通道同时测量。本实用新型具有结构简单，光能利用率高，以及可实现动态测量等显著特点。
附图说明
附图1为由本实用新型涉及的光纤光栅传感装置的结构框图。图1中，1为宽带光源；2为三端光环形器；3、4、5、6为FBG传感器；7为波长解调装置的光纤输入端；8为1X2光纤耦合器；9、10为1X2光纤耦合器的输出端；11为密集波分解复用器；12、13、14、15、16为光电探测器；17、18、19、20、21为光电探测器输出信号。
附图2为密集波分解复用器的单个波长通道的光谱透过特性波形图。
附图3为具有四个波长通道的密集波分解复用器的各通道的光谱透过特性实测曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。如附图1所示，由宽带光源1发出的宽谱光首先经环形器2和传输光纤传至串接在一起的多个FBG传感器3、4、5、6。这些FBG传感器具有不同的布拉格波长，它们可以是温度传感器，应变传感器，或两者的混合。FBG传感器3、4、5、6将相应布拉格波长的光反射，沿传输光纤返回环形器2，由环形器2将反射的光信号传至波长解调装置的光纤输入端7。在波长解调装置内，输入的光信号由1X2光纤耦合器8分为两路，其中一路经1X2光纤耦合器8的输出端9作为参考信号直接送入光电探测器12，其作用是实时检测入射光的强度变化，以消除由于光源功率或光谱特性发生变化以及传输光纤损耗发生变化而对波长解调造成的影响。光纤耦合器8的输出端10与密集波分解复用器11的输入端相连。密集波分解复用器11具有至少两个的波长通道，每个波长通道具有如附图2所示的光谱透过特性。与该波长通道对应的FBG传感器的布拉格波长则在附图2所示的λ1至λ2之间。多个波长通道的光谱透过特性分别与不同的FBG传感器相对应。由密集波分解复用器11的输出端输出的光信号被分别输入到光电探测器13、14、15和16，经光电转换而产生电压输出18、19、20和21。它们的值与参考信号产生电压输出17相运算得到与相应的FBG传感器布拉格波长成正比的波长解调值。附图3给出了本实用新型采用的具有四个波长通道的密集波分解复用器的各通道的光谱透过特性实测曲线。
Claims (1)
1.一种多通道光纤光栅传感装置，该装置包括由宽带光源，三端光环形器，至少两个FBG传感器，光纤耦合器，波长解调器及光电探测器组成，其特征在于：波长解调器采用密集波分解复用器，它的输入端与光纤耦合器的一个输出端相连，密集波分解复用器内至少设有两个波长通道，波长通道个数与FBG传感器个数相匹配，密集波分解复用器的输出端连接至少两个光电探测器，输出端连接的光电探测器的个数与FBG传感器个数相匹配。
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