CN2745045Y - 新型双边缘光纤光栅波长解调装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种新型双边缘光纤光栅波长解调装置，主要用于光纤布拉格光栅反射的窄带光波长的测量，包括光源、选择特定波长的器件3、两个光分路器、两个光滤波器、两个光电转换模块、双路模拟－数字信号转换模块、微处理器和显示部分组成，其中光分路器1的合路端连接选择特定波长的器件3，两个分路端分别连接光源和光分路器2的合路端；光分路器2的两个分路端分别和光滤波器4和光滤波器5连接；光滤波器4、光滤波器5光路输出端分别连接光电转换模块6、光电转换模块7，检测光滤波器输出的光强；光电转换模块6、光电转换模块7连接双路模拟－数字信号转换模块，输出的数字信号进入微处理器，进行除法和对数运算的数据处理并输出显示信号。

Description

新型双边缘光纤光栅波长解调装置

技术领域

本实用新型涉及一种新型双边缘光纤光栅波长解调装置，主要用于光纤布拉格光栅反射的窄带光波长的测量，属于传感技术领域。

背景技术

光纤布拉格光栅是一种能反射特定波长光的光学器件，当光栅发生形变栅距改变时，反射的中心波长也随之发生改变，通过测量波长变化量可获得诸如应力、温度、振动、加速度等外部参数。由于光纤布拉格光栅的传感机理是将传感的信息加载到波长的变化量上的，所以波长变化量的探测成为光纤光栅传感器应用于实际工程中的关键技术。

边缘滤波是一种现有的波长解调技术，属于将波长转化为光强度的方法，它的结构比现在常用的波长扫描的解调方式简单，包括宽带光源、传感用光纤布拉格光栅、一个线性滤波器、光电转换单元及放大、显示部分等。传感用光纤布拉格光栅的波谱通过滤波器时会输出特定强度的光，当波谱的波长改变时，输出的光强度也会相应改变，强度和波长值成一定的比例关系。由于它的以下缺点，现在一般不被应用：(i)光的强度不稳定，受到光源、传输距离、光纤接头衰减等多方面的影响，所测得的波长值准确度不高；(ii)对滤波器件的要求太高，要求滤波器的光谱分布有1-2nm的线性特性，这对于一般的光学器件是不太可能的。

发明内容

本实用新型和传统的边缘滤波解调的方法比较，它使用一般的光滤波器件解决了以前对光滤波器对光谱线性特性要求高的问题，而且不受输入光强的影响。和现在常用的扫描解调的方法比较，由于不存在机械移动部分所以运行更稳定，解调速度更快。

本实用新型是一种新型双边缘光纤光栅波长解调装置，包括光源、选择特定波长的器件3、光分路器1、光分路器2、光滤波器4、光滤波器5、光电转换模块6、光电转换模块7、双路模拟—数字信号转换模块、微处理器和显示部分组成，其连接结构是：光分路器1的合路端连接选择特定波长的器件3，两个分路端分别连接光源和光分路器2的合路端；光分路器2的两个分路端分别和光滤波器4和光滤波器5连接；光滤波器4、光滤波器5光路输出端分别连接光电转换模块6、光电转换模块7，检测光滤波器输出的光强；光电转换模块6、光电转换模块7连接双路模拟—数字信号转换模块，输出的数字信号进入微处理器，进行除法和对数运算的数据处理并输出显示信号。

如前所述的光源是宽带光源，连接在光分路器1的一个分路端，为本装置的光路部分提供光源，其有效波长范围要大于本解调装置的波长测量范围。

如前所述的选择特定波长的器件3可选用光纤布拉格光栅，连接在光分路器1的合路端。

如前所述的光滤波器1和光滤波器2连接在光分路器2的两个分路上，他们是光谱特性近似符合高斯型的光学器件，可选用如：宽带光栅等。

从结构上看该系统在解调时不存在任何机械移动部分，比扫描式的解调方法测量速度更快，运行时更稳定更精确。它的双边缘滤波的结构，避免了对光滤波器对光谱线性特性要求高的问题，而且装置中的除法器消除了输入光强对波长解调的影响，对数器的输出结果和被测波长值成正比，测量装置有良好的线性特性。如果用微处理器代替除法器和对数器作数学运算，可以实现数据的软件处理，避免硬件性能的制约，大大提高测量精度。

附图说明

图1.新型双边缘光纤光栅波长解调装置结构示意图

图2.光滤波器和被测窄带光的光谱特性图

图3.用微处理器实现数据处理的新型双边缘光纤光栅波长解调装置结构示意图

具体实施方式

方案一

如图1.所示的新型双边缘光纤光栅波长解调装置，包括一个宽带光源、一个传感用光纤布拉格光栅、两个光分路器、光滤波器4、光滤波器5、光电转换模块6、光电转换模块7、一个除法器和一个对数器和一个数据处理/显示单元。宽带光源输出的光经过第一个光分路器1的一个分路端输入光路，经过用于传感的光纤布拉格光栅，产生一个特定波长的窄带光。该窄带光经过第一个光分路器的另一个分路端和第二个光分路器的合路端连接，该传感信号被第二个光分路器以50∶50的比例分到两个滤波器中，两个滤波器的光谱特性是相交迭的。光电转换模块6、光电转换模块7分别和光滤波器4、光滤波器5光路输出端连接，检测光滤波器输出的光强；除法器同时和光电转换模块6、光电转换模块7电信号输出端连接，计算两个电信号的比值；对数器和除法器的输出端连接，计算输出电信号的对数值；数据处理/显示部分，连接在对数器的输出端或微处理器的输出端。

如前所述的光滤波器4和光滤波器5连接在同一个光分路器的两个分路上，他们是光谱特性是相交迭的如图2所示，而且可以近似符合高斯型的光学器件，如：发布里腔、宽带光栅、滤光片等。在实施例中光滤波器选用的自制的宽带光栅，中心波长分别是1301nm和1302nm，带宽1nm，光谱交迭部分大于700pm。如前所述的用于传感的光纤布拉格光栅，光栅的中心波长为1301.400nm。

如前所述的双边缘光纤光栅波长解调装置，其中光电转换模块6、光电转换

模块7分别和光滤波器4、光滤波器5连接，检测光滤波器输出的光强，光电转换模块选用光电二级管(GD3553Y)和放大器(CA3140)组成。

方案二

如图3所示新型双边缘光纤光栅波长解调装置，包括一个宽带光源、一个传感用光纤布拉格光栅、两个光分路器、光滤波器4、光滤波器5、光电转换模块6、光电转换模块7、一个微处理器和一个显示单元。宽带光源输出的光经过第一个光分路器1的一个分路端输入光路，经过用于传感的光纤布拉格光栅，产生一个特定波长的窄带光。该窄带光经过第一个光分路器的另一个分路端和第二个光分路器的合路端连接，该传感信号被第二个光分路器以50∶50的比例分到两个滤波器中，两个滤波器的光谱特性是相交迭的。光电转换模块6、光电转换模块7分别和光滤波器4、光滤波器5光路输出端连接，检测光滤波器输出的光强；微处理器同时和光电转换模块6、光电转换模块7电信号输出端连接，完成两个电信号除法和对数运算，并且根据运算结果和实际波长所成的线性关系直接输出波长值到显示部分，显示单元连接在微处理器的输出端。

如前所述的光滤波器4和光滤波器5连接在同一个光分路器的两个分路上，他们是光谱特性是相交迭的如图2所示，且近似符合高斯型的光学器件，如：发布里腔、宽带光栅、滤光片等。在实施例中光滤波器选用的自制的宽带光栅，中心波长分别是1301nm和1302nm，带宽1nm，光谱交迭部分大于700pm。如前所述的用于传感的光纤布拉格光栅，光栅的中心波长为1301.400nm。

如前所述的新型双边缘光纤光栅波长解调装置，其中光电转换模块6、光电转换模块7分别和光滤波器4、光滤波器5连接，检测光滤波器输出的光强，光电转换模块选用光电二级管(GD3553Y)和放大器(CA3140)组成。

Claims (5)

1、一种新型双边缘光纤光栅波长解调装置主要由光源、选择特定波长的器件(3)、光分路器(1)、光分路器(2)、光滤波器(4)、光滤波器(5)、光电转换模块(6)、光电转换模块(7)、双路模拟一数字信号转换模块、微处理器和显示部分组成，其特征是光分路器(1)的合路端连接选择特定波长的器件(3)，两个分路端分别连接光源和光分路器(2)的合路端；光分路器(2)的两个分路端分别和光滤波器(4)和光滤波器(5)连接；光滤波器(4)、光滤波器(5)光路输出端分别连接光电转换模块(6)、光电转换模块(7)，检测光滤波器输出的光强；光电转换模块(6)、光电转换模块(7)连接双路模拟一数字信号转换模块，输出的数字信号进入微处理器，进行除法和对数运算的数据处理并输出显示信号。

2、如权利要求1所述的新型双边缘光纤光栅波长解调装置，其特征在于光源选用宽带光源。

3、如权利要求1所述的双边缘滤波波长解调器，其特征在于选择特定波长的器件(3)可选用光纤布拉格光栅、发布里腔和滤光片。

4、如权利要求1所述的新型双边缘光纤光栅波长解调装置，其特征在于光滤波器(4)和光滤波器(5)是宽带光栅。

5、如权利要求1所述的新型双边缘光纤光栅波长解调装置，其特征在于微处理器可以用除法器和对数器代替，连接在双路模拟一数字信号转换模块的数字信号输出端，用硬件实现数据处理。

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