NO321724B1 - Framgangsmate og anordning for malinger av de ortogonalt polariserte Bragg-bolgelengdene fra fiber-Bragg-gitter - Google Patents
Framgangsmate og anordning for malinger av de ortogonalt polariserte Bragg-bolgelengdene fra fiber-Bragg-gitter Download PDFInfo
- Publication number
- NO321724B1 NO321724B1 NO19992912A NO992912A NO321724B1 NO 321724 B1 NO321724 B1 NO 321724B1 NO 19992912 A NO19992912 A NO 19992912A NO 992912 A NO992912 A NO 992912A NO 321724 B1 NO321724 B1 NO 321724B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- fbg
- polarization
- light
- wavelength
- polarized
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000010422 painting Methods 0.000 title 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 61
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 13
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 6
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 208000025174 PANDAS Diseases 0.000 description 1
- 208000021155 Paediatric autoimmune neuropsychiatric disorders associated with streptococcal infection Diseases 0.000 description 1
- 240000000220 Panda oleosa Species 0.000 description 1
- 235000016496 Panda oleosa Nutrition 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
- G01M11/31—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
- G01M11/3181—Reflectometers dealing with polarisation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
- G01D5/35316—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35383—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques
- G01D5/35387—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using multiple sensor devices using multiplexing techniques using wavelength division multiplexing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Push-Button Switches (AREA)
- Air Bags (AREA)
- Preliminary Treatment Of Fibers (AREA)
- Valves And Accessory Devices For Braking Systems (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Description
Oppfinnelsen vedrører en praktisk metode for nøyaktig og høy-oppløselige målinger of de ortogonalt polariserte reflekterte Bragg-bølgelengdene fra fiber Bragg-gitter (FBG) sensorer med dobbeltbrytning. Et fiber Bragg-gitter er en permanent, periodisk brytningsindeksmodulasjon i kjernen av en singelmodus kvartsglass/silika optisk fiber over en lengde på typisk l-100mm, dannet ved sidebelysning av fiberen med et periodisk interferensmønster generert av ultrafiolett laserlys, f.eks. fra en Eximerlaser, enten ved å bruke et to-stråle-interferometer, som beskrevet av G. Meltz m.fl.i [Formation of Bragg gratings in optical fiber by a transvers holograpic method," Opt. Lett., Vol. 143, p. 823-825, 1989], eller ved å belyse fiberen gjennom en periodisk fasemaske, som beskrevet av K.O. Hill et. al. i ["Bragg gratings fabricated in monomode photosensitive optical fiber by UV exposure through a phase-mask," Appl. Phys. Lett., Vol. 62, pp. 1035-1037, 1993.]. Et FBG reflekterer lys innenfor en smalt bølgelengde-bånd sentrert rundt Bragg-bølgelengden, X,b = 2neffA, hvor rua er den effektive brytningsindeksen sett av lyset som forplantes i fiberen, og A er den fysiske perioden til brytingsindeksmodulasjonen. Utenfor FBG båndbredden vil lyset passere med neglisjer-bare tap. Hvis fiberen er dobbeltbrytende vil brytningsindeksen sett av lyset som forplantes i de to ortogonale polarisasjonsegentilstandene til fiberen, nx og ny være forskjellige. Følgelig vil det være to ortogonalt polariserte reflekterte spektra fra FBG'en med to Bragg-bølgelengder med bølgelengdeavstand AA.B = 2BA, hvor B = nx - ny (nx > ny). Noe dobbeltbrytning kan også introduseres gjennom UV-skrivingen av gitteret.
Det er kjent at den reflekterte Bragg-bølgelengden fra et FBG vil endres med eksterne perturbasjoner som endrer den effektive brytingsindeksen sett av lyset som forplantes og/eller den fysiske gitterperioden (fiberlengden), som f.eks. temperatur og strekk. Ved å måle den reflekterte Braggbølgelengden, f.eks. ved hjelp av en bredbånds lyskilde og et spektrometer, kan et FBG benyttes som en sensor for måling av slike eksterne perturbasjoner. Båndbredden til det reflekterte spekteret fra en FBG-sensor er typiske 0.1-0.3nm(~10-30GHz).
En ekstern perturbasjon kan også endre dobbeltbrytningen i fiberen, og således endre bølgelengdeseparasjonen mellom de to ortogonalt polariserte refleksjonsspektrene. Dette kan utnyttes til å framstille en sensor hvor bølgelengdesplittingen er et mål for en ekstern perturbasjon som f.eks. temperatur, strekk eller trykk, som direkte eller indirekte introduserer ekstra dobbeltbrytning i fiberen. En slik sensor kan også muliggjøre samtidig måling av to målestørrelser, som f.eks. temperatur og trykk eller temperatur og strekk, ved å måle både bølgelengdesplittingen og den absolutte (eventuelt gjennomsnittlige) bølgelengden. Ulike dobbeltbrytende FBG-sensorer er beskrevet i US patent 5,399,854 til Dunphy m. fl.., US patent 5.591.965, 5.828.059, og 5.869.835, alle til Eric Udd, og US patent 5.841.131 til Schroeder og Udd, samt i [Sudo, M. et. al, "Simultaneous measurement of temperature and strain using PANDA fiber grat ing," Proe. 12* Internation Conf. on Optical Fiber Sensors," side 170-173,1997]. Utlesning av dobbeltbrytende FBG-sensorer har vært basert på å benytte sensorer med tilstrekkelig dobbeltbryting til å forårsake en splitting stor nok til at de to refleksjontoppene kan oppløses ved hjelp av et spektrometer. ;Det er kjent at én eller flere reflekterte FBG-sensorbølgelengder kan måles ved hjelp av en bredbåndskilde, for eksempel en kantemitterende diode (ELED) eller en superfluorescent fiberkilde (SFS), i kombinasjon med et avstembart optisk filter, for eksempel en piezoelektrisk avstembart fiber Fabry-Perot-filter [Kersey, A.D., et. al., "Multiplexed fiber Bragg grating strain-sensor system with a fiber Fabry-Perot wavelength filter," Opt. Lett., Vol. 18, s. 1370-1372, 1993], eller alternativt en avstembar laserkilde [US patent 5.401.956], såfremt kildespekteret dekker alle mulige FBG-sensor-bølgelengder. For å oppnå nøyaktige, repeterbare bølgelengdemålinger med disse teknikkene kan man bruke et referansesystem basert på et fast Fabry-Perot-filter og et referanse-FBG med separate detektorkanaler [Norsk patent nr. 307357 til Kringlebotn et. al]. Det finnes også ulike andre teknikker for bølgelengdeutlesning av FBG-sensorer med bredbåndskilder, basert på optiske kantfilter, interferometrisk deteksjon og direkte spektroskopisk deteksjon [Kersey, A. D. et. al., "Progress towards the development of practical fiber Bragg grating instrumenation systems, " Proe. SPIE,Vol. 2839,1996]. ;For standard FBG-sensorer med lav dobbeltbrytning kan innebygd eller eksternt introdusert dobbeltbrytning resultere i målefeil forårsaket av korresponderende splitting av ortogonalt polariserte FBG refleksjonsspektra. Uønsket dobbeltbrytning kan for eksempel introduseres når FBG-sensorer innkapsles i en komposittstruktur. Normalt vil splittingen pga. denne dobbeltbrytningen være mindre enn refleksjonsbåndbredden til FBG'en. Tilfeldig varierende dobbeltbrytning i tilførselsfibeme mellom utlesningsinstrumenteringen og sensorene vil, med et utlesningssystem med en delvis polarisert kilde som f.eks. en ELED, eller en polarisert avstembar laser, og/eller med polarisasjonsavhengige komponenter, føre til variasjoner i den relative reflekterte effekt i hver av de to ortogonale FBG-spektrene, og dermed variasjoner/feil i målte Bragg-bølgelengder. Polarisasjorisskramblingsteknikker som reduserer målefeil introdusert pga. dobbeltbrytning har vært demonstrert [Ecke, W., et.al., "Improvement of the stability of fiber grating interrogation systems using active and passive polarization scrambling devices," Proe. 12* Intern. Conf. on Optical Fiber Sensors," s. 484-487, 1997]. Alternativt kan man benytte en upolarisert kilde som f.eks. en SFS, i kombinasjon med et system uten polarisasjonsavhengige komponenter. Men hvis bølgelengdesplittingen pga. dobbeltbrytning i FBG-sensoren i enkelte tilfelle blir stor nok til å endre formen til refleksjonsspektret, eller forårsake to oppløste separate topper vil dette kunne gi problemer for utlesningsinstrumenteringen og gi målefeil.
Dobbeltbrytende FBG-baserte to-polarisasjons fiberlasersensorer, slik som "Distributed Féedback " ("DFB") fiberlasersensorer beskrevet i norsk patent nr. 302441 til J. T. Kringlebotn, er attraktive for høyoppløselige målinger av perturbasjoner som introdusere dobbeltbrytning. Laserlyset i de to ortogonalt polariserte egentilstandene til en slik laser mikses i en detektor og generer derved en elektrisk svevningsfrekvens som er et mål for dobbeltbrytningen og derved målestørrelsen.
Mål
Hovedmålet med oppfinnelsen er å fremskaffe en metode for nøyaktige og høy-oppløselige målinger av de ortogonalt polariserte maksimum og minimum reflekterte Bragg-bølgelengdene fra dobbeltbrytende FBG-sensorer, med bruk av et utlesningssystem for Bragg-bølgelengder basert på en bredbåndskilde eller alternativt en avstembar laserkilde. Målet er å fremskaffe et utlesningssystem som kan måle splitting i Bragg-bølgelengde introdusert av dobbeltbrytning med høy oppløsning og nøyaktighet (ca. lpm eller bedre), uavhengig av størrelsen på splittingen. En splitting større enn FBG-båndbredden er således ikke påkrevd.
Et annet mål er å fremskaffe en metode for å eliminere feil i FBG-sensormålinger forårsaket av dobbeltbrytning i gitteret kombinert med et utlesningssystem med en delvis eller fullstendig polarisert kilde og/eller polarisasjonsavhengige komponenter, uavhengig av størrelsen til gitterdobbeltbrytningen og graden av kildepolairsasjon.
Et tredje mål er å fremskaffe et middel for å eliminere utslukking av signal og maksimalisere signalamplituden til dobbeltbrytende FBG-baserte to-polarisasjons fiberlasersensorer.
Oppfinnelsen
Målet med oppfinnelsen oppnås med en metode som har karakteristiske trekk som beskrevet i den karakteriserende delen av krav 1. Flere karakteristiske trekk er beskrevet i de avhengige kravene. Hoveddelen av oppfinnelsen består i å benytte en elektrisk kontrollerbar fiberoptisk polarisasjonskontroller i kombinasjon med et instrumenterings-system for utlesning av FBG bølgelengder for å måle bølgelengdesplittingen til en eller flere bølgelengdemultipleksede dobbeltbrytende FBG sensorer. Polarisasjonskontrolleren opereres enten i) i en sveipemodus som dekker et vidt spektrum av polarisasjonstilstander i løpet av et gitt tidsrom, inkludert de to ortogonale polarisasjonstilstandene som korresponderer til minimum og maksimum Bragg-bølgelengde, eller ii) opereres i en søke-og-låsemodus (tracking mode) med elektrisk tilbakekopling fra mottageren til instrumenteringssystemet for å endre polarisasjonstilstanden for å følge minimum og maksimum Bragg-bølgelengdene for hver FBG sensor. Sveipemodus kan enten benytte tilfeldig sveiping eller en programmert sekvensiell sveiping for å dekke et sett av polarisasjonstilstander på Poincaré-kulen. De målte minimum- og maksimumbølgelengdene gir et mål for dobbeltbrytningen introdusert av den eksterne påvirkningen som skal måles, uavhengig av størrelsen til den totale dobbeltbrytningen. Oppfinnelsen kan, i kombinasjon med en bølgelengdeutlesningsenhet med et eksakt bølgelengdereferansesystem, gi absolutte målinger av begge ortogonale Bragg-bølgelengder, hvilket muliggjør samtidige målinger av to uavhengige målestørrelser, som for eksempel temperatur og trykk.
Oppfinnelsen kan også benyttes for å eliminere feil i FBG-sensormålinger forårsaket av dobbeltbrytning i gitteret kombinert med et utlesningssystem med en delvis eller fullstendig polarisert kilde og/eller polarisasjonsavhengige komponenter, uavhengig av størrelsen til dobbeltbrytningen i gitteret og graden av kildepolairsasjon.
Endelig, så gir fremgangsmåten et middel for å eliminere utslukking av signal og optimalisere signalamplituden til en eller flere dobbeltbrytende FBG-baserte to-polarisasjons fiberlasersensorer.
Eksempler
Oppfinnelsen er beskrevet med referanse til figurene, hvor
Fig. la viser en foretrukket utførelse av en anordning for demultipleksing og demodulasjon av flere dobbeltbrytende FBG sensorbølgelengder basert på en polarisert bølgelengdesveipet smalbåndet kilde i kombinasjon med en automatisk polarisasjonskontroller. Fig. lb viser en mulig polarisert bølgelengdesveipet smalbåndet kilde, basert på en bredbåndskilde i kombinasjon med et avstembart optisk filter og en polarisator. Fig. 2a viser en skjematisk illustrasjon av de to ortogonalt polariserte refleksjonspekteme for et FBG Fig. 2b viser variasjonen i målt Bragg-bølgelengde til et dobbeltbrytende FBG ved bruk at et bølgelengdeutlesningssystem basert på en polarisert kilde i kombinasjon med en automatisk polarisasjonskontroller som opererer i en tilfeldig sveipemodus. Fig. 3 viser en foretrukket utførelse av en måleanordning for demodulasjon av en dobbeltbrytende to-polarisasjons DFB fiberlasersensor som benytter en automatisk polarisasjonskontroller for å optimalisere svevningssignalet mellom de to ortogonalt polariserte lasermodene. Fig. la viser en foretrukket utførelsesform av arrangementet for måling av bølgelengder anvendt for måling av Bragg-bølgelengdene til en eller flere bølgelengdemultipleksede dobbeltbrytende FBG-sensorer, basert på en polarisert bølgelengdesveipet smalbåndet kilde 1 i kombinasjon med en elektrisk kontrollerbar fiberoptisk polarisasjonskontroller 2. Kilden 1 kan enten være en avstembar polarisert laser eller en bredbåndskilde 11 i kombinasjon med et avstembart smalbåndet optisk filter 12 og en polarisator 13, som vist i Fig. lb. Anordningen inkluderer et referansesystem 8 basert på et fast Fabry-Perot-(F-P) filter i en separat gren med en separat detektor, i kombinasjon med et referanse-FBG. Det faste Fabry-Perot-referansefilteret og referanse-FBG'en bør ha meget lav dobbeltbrytning, med en bølgelengdesplitting indusert av dobbeltbrytning på mindre enn lpm.
Lyset fra den polariserte bølgelengdesveipede smalbåndete kilden 1 sendes gjennom en elektrisk kontrollerbar polarisasjonskontroller 2, operert enten i en sveipemodus eller en søke-og-låsemodus for å finne de to ortogonalt polariserte refleksjonsspekterne til de dobbeltbrytende FBG'ene med korresponderende Bragg-bølgelengde minima og maksima % bx og Xsy, som illustrert i Fig. 2a. Polarisasjonskontrolleren kan for eksempel være ETEKs FPCR fiberoptiske polarisasjonskontroller, som er basert på multiple flytende krystallceller som roterer den innkomne polarisasjonstilstand til en vilkårlig polarisasjonstilstand ved en kombinasjon av elektriske drivspenninger til de flytende krystallcellene.
Med henvisning til Fig. 1 blir det transmitterte smalbåndete lyset delt i to av en fiberoptisk retningskopler 3. Hoveddelen av lyset ledes til FBG'ene 6, som inkluderer minst en FBG 5 med kjent bølgelengde som gir en absolutt bølgelengdereferanse, via en annen retningkopler 4. Det reflekterte lyset fra FBG'ene, som oppstår i tid når bølgelengde og polarisasjon for den smalbåndete filtrerte kilden overlapper med de ortogonalt polariserte Bragg-bølgelengdene til FBG'ene, ledes gjennom retningskopler 4 til en detektor 7. En mindre del av det delte lyset ledes gjennom et polarisasjonsuavhengig fiber F-P-filter 8 med fast og kjent fritt spektralområde, hvilket fremskaffer et referansekamspekter på utgangen med topper som har en konstant, kjent frekvensseparasjon lik det frie spektralområdet for å gi en absolutt frekvens/bølgelengdeskala. Referanse-kamspekteret ledes til en annen detektor 9. Signalene fra detektor 7 og 9 samples sekvensielt, og prosesseres og sammenliknes i en signalprosesserings- og datapresentasjonsenhet 10, og gir nøyaktig og repetérbar informasjon om de ortogonalt polariserte Bragg-bølgelengdene til FBG'ene. For hver bølgelengdesveip og sammenhørende bølgelengdemåling endres polarisasjonstilstanden på utgangen av polarisasjonskontroUeren inntil minimum og maksimum bølgelengder XBx og Xbv er målt, som illustrert i Fig. 2b. I en søk/låsmodus benyttes de målte bølge-lengdene til å generere et elektrisk tilbakekoplingssignal 14 til polarisasjonskontroUeren 2 som endrer polarisasjonstilstanden på utgangen inntil minimum og maksimum bølgelengder X,Bxog XBy måles.
Fig. 3 viser en foretrukket utførelsesform av en måleanordning for demodulasjon av en dobbeltbrytende to-polarisasjons DFB fiberlaser-sensor 3A som benytter en automatisk polarisasjonskontroller 4A for å optimalisere svevningssignalet mellom de to ortogonalt polariserte lasermodene. Lys fra en pumpelaser IA tilføres gjennom en fiber bølgelengdemultiplekser 2A via en optisk fiber for å generere laservirkning i én eller flere DFB fiberlasersensorer 3A (figuren viser kun en lasersensor). Det genererte smalbåndete laserlyset i de to ortogonalt polariserte polarisasjonstilstandene med bølgelengdeseparasjon Al, som er proporsjonal med dobbeltbrytningen introdusert i fiberlasersensoren av målestørrelsen, rettes gjennom bølgelengdemultiplekseren 2A via en automatisk polarisasjonskontroller 4A og en lineær polarisator 5A til en detektor 6A for å generere en elektrisk svevningsfrekvens som er direkte proporsjonal med dobbeltbrytningen introdusert av målestørrelsen. Den automatiske, elektrisk drevne polarisasjonskontroUeren 4A opereres enten i en sveipemodus for å dekke en lang rekke polarisasjonstilstander i et gitt tidsrom, eller opereres i en søk/låsmodus, med elektrisk tilbakekopling 8A fra signalprosesseringsenheten 7A i instrumenteirngssystemet for å endre polarisasjonstilstanden for å stille opp de to ortogonalt polariserte polarisasjons-tilstandene 45° relativt til den lineære polarisatoren 5A for å maksimalisere amplituden til det elektriske svevningssignalet. Det kan også være tilfelle hvor man er interessert i å minimalisere det elektriske svevningssignalet for å generere singelpolarisert laserlys. Dette kan også oppnåes med den presenterte metoden.
Claims (16)
1. Fremgangsmåte for nøyaktige og repeterbare målinger av ortogonalt polariserte Bragg-bølgelengder for én eller flere dobbeltbrytende fiber Bragg-gitter (FBG) sensorer, eventuelt for å eliminere feil i FBG sensormålinger forårsaket av uønsket gitterdobbeltbrytning, ved bruk av et apparat for FBG-bølgelengdeavspørring,
karakterisert ved at apparatet benytter midler for å generere polarisert lys og benytter minst én elektrisk styrbar fiberoptisk polarisasjonsstyrer, som enten opereres i sveipemodus for å dekke en lang rekke polarisasjonstilstander i en viss tidsperiode, inkluderende de to ortogonale polarisasjonstilstandene minimum og maksimum Bragg-bølgelengdene, eller operert i søk/låsmodus med elektrisk tilbakekopling fra apparatets signalbehandlingsenhet for å endre polarisasjonstilstanden for å følge minimum og maksimum Bragg-bølgelengdene for hver FBG-sensor.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
karakterisert ved at det polariserte lyset er dannet av en polarisert laserlyskilde.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
karakterisert ved at det polariserte lyset er dannet fra en upolarisert eller delvis polarisert kilde i kombinasjon med en polarisator.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,
karakterisert ved at apparatet for FBG-bølgelengdeavspørring er basert på en avstembar polarisert, smalbåndet laser.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 3,
karakterisert ved at apparatet for FBG-bølgelengdeavspørring er basert på en bredbåndskilde i kombinasjon med minst ett smalbåndet optisk filter og minst én polarisator.
6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 4,
karakterisert ved at den fiberoptiske polarisasjonsstyreren er basert på flere flytende krystall celler for å dreie den innkommende polarisasjonstilstanden til en hvilken som helst annen tilstand ved hjelp av en kombinasjon av elektriske drivspenninger til de flytende krystallcellene.
7. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 og 3,
karakterisert ved at FBG-bølgelengdeavspørringsapparatet er basert på en bredbåndskilde i kombinasjon med et ubalansert interferometer for å konvertere bølgelengdevariasjoner til målbare intensitetsvariasjoner, og minst ett optisk filter for å velge de enkelte FBG-sensorene.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 3,
karakterisert ved at FBG-bølgelengdeavspørringsapparatet er basert på en bredbåndskilde i kombinasjon med en minst ett kantfilter for å konvertere sensorbølgelengdene til målbare intensiteter.
9. Fremgangsmåte for å eliminere signalsvekkelse og å optimalisere signalamplitude for minst en dobbeltbrytende, to-polarisasjons FBG-basert fiberlasersensor der laserlyset i de to ortogonalt polariserte egentilstandene minst en fiberlasersensor føres gjennom minst en lineær polarisator og blandes ved minst en detektor, genererende minst en elektrisk svevefrekvens som er et mål for dobbeltbrytningen indusert i lasersensoren av målestørrelsen,
karakterisert ved at en elektrisk styrbar fiberoptisk polarisasjonstyrer, som enten opereres i skanningsmodus for å dekke en bred rekke av polarisasjonstilstander i en viss tidsperiode, eller opereres i en søk- og låsmodus med elektrisk tilbakekopling fra detektorsignalet for å endre polarisasjonstilstanden, brukes til å oppstille de to ortogonale polarisasjonstilstandene relativt til minst en lineær polarisator for enten å maksimalisere eller minimalisere den elektriske svevesignalamplituden.
10. Fremgangsmåte for å eliminere utslukking av signal og maksimalisere signalarnplitude for dobbeltbrytende fiber Bragg gitter (FBG) baserte to-polarisasjons fiberlasersensorer, omfattende; - å tilføre lys fra en pumpelaser (IA) gjennom en bølgelengdemultiplekser (2 A) til en distribuert tilbakekopling (DFB) fiberlasersensor (3 A), - å rette et resulterende generert laserlys fra nevnte DFB-fiberlasersensor (3 A), som består av to ortogonalt polariserte polarisasjonstilstander, gjennom nevnte multiplekser (2A), gjennom en polarisasjonsstyrer (4A), gjennom en lineær polarisator (5), og til en detektor (6A) som er koplet til en signalprosesseringsenhet (7A),
karakterisert ved- generere et styringssignal til polarisasjonsstyreren (4A) i signalprosesseringsenheten (7) for å endre lysets polarisasjonstilstand, - ved hjelp av nevnte styringssignal å maksimalisere amplituden til et elektrisk svevesignal ved detektoren (6A).
11. System for gjennomføring av måling av ortogonalt polariserte Bragg-bølgelengder fra minst en fiber Bragg-gitter (FBG) sensor (6) ifølge krav 1, omfattende - en kilde (1) for polarisert lys - en fiberoptisk retningsdeler (3) som splitter det polariserte lyset i en første del som føres til en rekke dobbeltbrytende FBG-sensorer (6), der lys reflektert ledes via en andre retningsdeler (4) til en deteksjonsdel (7,9) for mottak av nevnte første del av lyset, - der en andre del av lyset fra retningsdeleren (3) ledes gjennom et polarisasjonsuavhengig filter (8) og videre til en deteksjonsdel (7,9) for mottak også av nevnte andre del av lyset,
karakterisert ved at
den omfatter en elektrisk styrbar fiberoptisk polarisasjonskontroller (2) anbrakt mellom nevnte kilde (1) og nevnte første retningsdeler (3) og er tilpasset for å endre polarisasjonstilstanden for nevnte lys basert på elektrisk tilbakekopling av detektorsignalet, for derved å stille opp de to polarisasjonstilstandene i forhold til den lineære polarisatoren, slik at maksimal amplitude for detektorens svevningssignal oppnås, og derigjennom kunne spore minimum og maksimum Bragg-bølgelengder for nevnte sensor (6).
12. System ifølge krav 11, tilpasset for å drive polarisasjonskontroUeren (2) i sveipende modus for å dekke et bredt område polarisasjonstilstander i løpet av et visst tidsrom.
13. System ifølge krav 11, tilpasset for å drive polarisasjonskontroUeren (2) i en søk-og-lås modus.
14. System ifølge ett av kravene 11-13, der kilden (1) for polarisert lys omfatter en kombinasjon av en bredbåndskilde (11), et avstembart filter (12) og en polarisator (13).
15. System ifølge ett av kravene 11-13, der kilden (1) for polarisert lys omfatterer en avstembar, polarisert laser.
16. System for avspørring av en dobbeltbrytende, to-polairsasjons, DFB fiberlasersensor, omfattende - en pumpelaser (IA) innrettet til å tilføre lys til en distribuert tilbakekekopling (DFB) fiberlasersensor (3 A) via en bølgelengdemultipleksende kopler (2A), karakterisert ved at en polarisasjonsonsstyrer (4A) er koplet til nevnte kopler (2A), slik at lys utsendt av nevnte DFB fiberlasersensor (3A) via nevnte bølgelengdemultipleksende kopler (2 A) og å føre det reflekterte, polarisasjonsstyrte laserlyset via en lineær polarisator (5A) til en detektor (6A), og nevnte detektor (6A) er koplet til en signalbehandlingsenhet (7A) som via en tilbakekoplingssløyfe kan styre polarisasjonsstyreren (4A) slik at svevningssignalet mellom de to ortogonale, polariserte lasermodiene ved detektoren (6A) kan optimaliseres.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO19992912A NO321724B1 (no) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | Framgangsmate og anordning for malinger av de ortogonalt polariserte Bragg-bolgelengdene fra fiber-Bragg-gitter |
| PCT/NO2000/000208 WO2000077562A1 (en) | 1999-06-15 | 2000-06-15 | Method and apparatus for interrogation of birefringent fbg sensors |
| DE60042327T DE60042327D1 (de) | 1999-06-15 | 2000-06-15 | Verfahren und gerät zur fernabfrage der doppelbrechung von auf bragggitterfasern basierenden sensoren |
| AT00935741T ATE433131T1 (de) | 1999-06-15 | 2000-06-15 | Verfahren und gerät zur fernabfrage der doppelbrechung von auf bragggitterfasern basierenden sensoren |
| US09/926,727 US6788418B1 (en) | 1999-06-15 | 2000-06-15 | Method and apparatus for interrogation of birefringent FBG sensors |
| EP00935741A EP1192500B1 (en) | 1999-06-15 | 2000-06-15 | Method and apparatus for interrogation of birefringent fbg sensors |
| AU51157/00A AU5115700A (en) | 1999-06-15 | 2000-06-15 | Method and apparatus for interrogation of birefringent fbg sensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO19992912A NO321724B1 (no) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | Framgangsmate og anordning for malinger av de ortogonalt polariserte Bragg-bolgelengdene fra fiber-Bragg-gitter |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO992912D0 NO992912D0 (no) | 1999-06-15 |
| NO992912L NO992912L (no) | 2000-12-18 |
| NO321724B1 true NO321724B1 (no) | 2006-06-26 |
Family
ID=19903456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO19992912A NO321724B1 (no) | 1999-06-15 | 1999-06-15 | Framgangsmate og anordning for malinger av de ortogonalt polariserte Bragg-bolgelengdene fra fiber-Bragg-gitter |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6788418B1 (no) |
| EP (1) | EP1192500B1 (no) |
| AT (1) | ATE433131T1 (no) |
| AU (1) | AU5115700A (no) |
| DE (1) | DE60042327D1 (no) |
| NO (1) | NO321724B1 (no) |
| WO (1) | WO2000077562A1 (no) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6448551B1 (en) * | 1999-11-29 | 2002-09-10 | Weatherford/Lamb, Inc. | Fiber Bragg grating sensor system having enhanced strain-to-wavelength responsivity by using a spectral beating based vernier effect |
| GB0111295D0 (en) * | 2001-05-09 | 2001-06-27 | Europ Economic Community | Sensor system and method incorporating fibre bragg gratings |
| EP1359394A1 (de) * | 2002-04-30 | 2003-11-05 | Abb Research Ltd. | Hochauflösender Faserlaser-Sensor |
| KR100488221B1 (ko) * | 2003-09-08 | 2005-05-10 | 주식회사 파이버프로 | 광섬유 브래그 격자 센서 시스템 |
| US7173696B2 (en) * | 2003-09-26 | 2007-02-06 | Weatherford/Lamb, Inc. | Polarization mitigation technique |
| US6961120B2 (en) * | 2003-11-05 | 2005-11-01 | Korea Electric Power Corporation | Strain measurement module with tunable light generator and strain measurement system using the same |
| WO2006032116A1 (en) * | 2004-09-22 | 2006-03-30 | Faculte Polytechnique De Mons | Method for evaluating the influence of temperature and strain on the spectrum reflected by fibre bragg grating |
| CA2548022C (en) * | 2006-05-23 | 2014-03-25 | Itf Laboratories Inc. | Method for monitoring and measuring optical properties of device in polarization maintaining fibers by using reference fiber bragg grating and fiber components manufactured thereby |
| US8304714B2 (en) * | 2007-11-01 | 2012-11-06 | Baker Hughes Incorporated | Chemical sensor using four wave mixing technique |
| US7598485B2 (en) * | 2007-11-01 | 2009-10-06 | Baker Hughes Incorporated | Temperature and pressure sensor using four wave mixing technique |
| US7968841B2 (en) * | 2007-11-01 | 2011-06-28 | Baker Hughes Incorporated | Force and acceleration sensor using four wave mixing technique |
| US20130066228A1 (en) * | 2011-09-13 | 2013-03-14 | Edmond Capcelea | Minimizing mechanical trauma due to implantation of a medical device |
| US8989573B2 (en) * | 2012-04-05 | 2015-03-24 | Gwangju Institute Of Science And Technology | Sensing apparatus |
| US9228890B2 (en) * | 2012-06-01 | 2016-01-05 | Fujikura Ltd. | Method of measuring acoustic distribution and distributed acoustic sensor |
| US10254198B2 (en) | 2015-01-20 | 2019-04-09 | Weatherford Technology Holdings, Llc | Birefringent multi-peak optical reference element and birefringent sensor system |
| EP3070437A1 (en) | 2015-03-20 | 2016-09-21 | FAZ Technology Limited | Measurement system and method to interrogate birefringent optical sensors with a frequency swept source based interrogator |
| CN105698831B (zh) * | 2016-01-26 | 2017-11-28 | 武汉理工大学 | 双芯光纤光栅阵列传感网络及分布式传感信息获取方法 |
| IT202000032027A1 (it) * | 2020-12-23 | 2022-06-23 | Brembo Spa | Metodo e sistema per interrogare un sensore fibre bragg grating birifrangente, impiegante rilevazione ottica eterodina |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8703795D0 (en) | 1987-02-18 | 1987-03-25 | Gen Electric Co Plc | Polarisation controller |
| NO302441B1 (no) | 1995-03-20 | 1998-03-02 | Optoplan As | Fiberoptisk endepumpet fiber-laser |
| US5680489A (en) * | 1996-06-28 | 1997-10-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical sensor system utilizing bragg grating sensors |
| NO307357B1 (no) | 1997-02-14 | 2000-03-20 | Optoplan As | Anordning for maling av optiske bolgelengder |
-
1999
- 1999-06-15 NO NO19992912A patent/NO321724B1/no not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-06-15 AT AT00935741T patent/ATE433131T1/de not_active IP Right Cessation
- 2000-06-15 WO PCT/NO2000/000208 patent/WO2000077562A1/en active Application Filing
- 2000-06-15 EP EP00935741A patent/EP1192500B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-15 US US09/926,727 patent/US6788418B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-06-15 AU AU51157/00A patent/AU5115700A/en not_active Abandoned
- 2000-06-15 DE DE60042327T patent/DE60042327D1/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO992912D0 (no) | 1999-06-15 |
| ATE433131T1 (de) | 2009-06-15 |
| AU5115700A (en) | 2001-01-02 |
| NO992912L (no) | 2000-12-18 |
| EP1192500A1 (en) | 2002-04-03 |
| DE60042327D1 (de) | 2009-07-16 |
| EP1192500B1 (en) | 2009-06-03 |
| US6788418B1 (en) | 2004-09-07 |
| WO2000077562A1 (en) | 2000-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6888125B2 (en) | Fiber optic sensing systems and method of use thereof | |
| NO321724B1 (no) | Framgangsmate og anordning for malinger av de ortogonalt polariserte Bragg-bolgelengdene fra fiber-Bragg-gitter | |
| Kang et al. | Temperature-independent strain sensor system using a tilted fiber Bragg grating demodulator | |
| AU723404B2 (en) | Device for measurement of optical wavelengths | |
| US7081959B2 (en) | Method and apparatus for providing polarization insensitive signal processing for interferometric sensors | |
| Udd | Overview of fiber optic sensors | |
| Culshaw | Fiber optics in sensing and measurement | |
| Wu et al. | High resolution temperature insensitive interrogation technique for FBG sensors | |
| CN210089716U (zh) | 一种基于多芯光纤传感的多参量同步传感采集仪 | |
| CN110440838B (zh) | 一种基于多芯光纤的多参量光纤传感仪器和传感方法 | |
| NO324337B1 (no) | Anordning for maling av optiske bolgelengder | |
| Zhou et al. | Simultaneous strain and temperature measurement with fiber Bragg grating and multimode fibers using an intensity-based interrogation method | |
| Abad et al. | Interrogation of wavelength multiplexed fiber Bragg gratings using spectral filtering and amplitude-to-phase optical conversion | |
| CN205898164U (zh) | 用于温度与应变同时测量的光纤光栅式传感系统 | |
| Nunes et al. | FBG sensor multiplexing system based on the TDM and fixed filters approach | |
| EP4103913B1 (en) | High sampling rate optical fiber sensor | |
| Moreira et al. | Dynamic range enhancement in fiber Bragg grating sensors using a multimode laser diode | |
| Egorov et al. | High-reliable self-calibrated signal processing method for interferometric fiber optic sensors | |
| Frazao et al. | Simultaneous measurement of strain and temperature based on polarization loss properties of arc-induced long-period gratings | |
| Kaczmarek | Optical wavelength discriminator based on a Sagnac loop with a birefringent fiber | |
| Nunes et al. | Simultaneous measurement of temperature and pressure using single fiber Bragg grating and fixed filter demodulation technique | |
| Kersey | Monitoring structural performance with optical TDR techniques | |
| Oton et al. | Fast FBG interrogation with active Sagnac interferometer using off-the-shelf fiber components | |
| Johnson | " White light" interferometry | |
| Dong et al. | Active demodulation system for multiplexed FBG sensors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CREP | Change of representative |
Representative=s name: PROTECTOR INTELLECTUAL PROPERTY CONSULTANTS AS POS |
|
| MK1K | Patent expired |