專利名稱：基于f-p濾波器的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及基于F-P濾波器的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，適用于光纖傳感技術(shù)、民用工程、軌道交通等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感器有許多光纖傳感器沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和測(cè)量?jī)x器老化等因素影響；避免了干涉型光纖傳感技術(shù)中存在的相位測(cè)量不清晰和對(duì)固定參考點(diǎn)的需要，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期絕對(duì)測(cè)量；可以在一根光纖中串接多個(gè)光纖光柵，方便地利用波分復(fù)用技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度等參數(shù)進(jìn)行高分辨率、大范圍的分布式測(cè)量。但是，光纖光柵傳感器在實(shí)際工程中的應(yīng)用還存在限制。首先，光纖光柵對(duì)溫度的變化和應(yīng)變都能導(dǎo)致光纖光柵反射光中心波長(zhǎng)的漂移，當(dāng)光纖光柵用于傳感測(cè)量時(shí)，很難區(qū)分溫度和應(yīng)力引起的反射光中心波長(zhǎng)的變化。其次，光纖光柵傳感器的輸出量為波長(zhǎng)信息，而目前用于波長(zhǎng)解調(diào)的裝置都比較復(fù)雜，價(jià)格昂貴，實(shí)用化困難。從以上分析可以看出，解決光纖光柵傳感的溫度-應(yīng)力交叉敏感問(wèn)題以及高精度、低成本的解調(diào)系統(tǒng)是目前的光纖光柵傳感技術(shù)的關(guān)鍵所在。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是光纖光柵傳感的溫度-應(yīng)力交叉敏感問(wèn)題以及提供一種高精度、低成本的解調(diào)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案—種基于F-P濾波器的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，該解調(diào)系統(tǒng)包括寬帶光源、 三端口耦合器、光纖光柵、F-P濾波器、光電探測(cè)器、放大電路、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、壓電陶瓷、壓電陶瓷控制器。寬帶光源的輸出接三端口耦合器的第一端口，三端口耦合器的第二端口接光纖光柵，三端口耦合器的第三端口接F-P濾波器的輸入，F(xiàn)-P濾波器粘貼在壓電陶瓷上，F(xiàn)-P濾波器的輸出接光電探測(cè)器的輸入，光電探測(cè)器的輸出接放大電路的輸入，放大電路輸出接數(shù)據(jù)采集卡的輸入，數(shù)據(jù)采集卡輸出接計(jì)算機(jī)，壓電陶瓷控制器與壓電陶瓷連接，壓電陶瓷控制器并與計(jì)算機(jī)連接。光纖光柵為錐形光纖光柵。寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)三端口耦合器傳送到錐形光纖光柵，從錐形光纖光柵反射回來(lái)的光經(jīng)過(guò)三端口耦合器后被引入到F-P濾波器。F-P濾波器工作在掃描狀態(tài)，通過(guò)壓電陶瓷控制器驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷器，壓電陶瓷器施加鋸齒波掃描電壓調(diào)整F-P腔間隔，使F-P濾波器的窄通帶在一定范圍內(nèi)掃描。當(dāng)F-P濾波器的掃描波長(zhǎng)和錐形光纖光柵反射譜所包含的波長(zhǎng)成分匹配時(shí)，F(xiàn)-P濾波器則給出輸出，否則F-P濾波器的輸出接近為零。通過(guò)光電探測(cè)器來(lái)檢測(cè)F-P濾波器的輸出，進(jìn)而解調(diào)出錐形光纖光柵反射光的起始波長(zhǎng)及其帶寬變化量。[0010]本實(shí)用新型的錐形光纖光柵是通過(guò)沿光纖軸向線性腐蝕成錐形，該錐形光纖光柵沿著光柵的方向的橫截面積呈線性變化。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型提出的一種基于F-P濾波器的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；精度較高、穩(wěn)定性好；F-P濾波器具有較窄的濾波曲線，系統(tǒng)的信噪比高、分辨率高；通過(guò)錐形光纖光柵傳感器進(jìn)行信號(hào)解調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度-應(yīng)力的同時(shí)測(cè)量；F-P濾波器的自由光譜范圍較寬，該系統(tǒng)可以用于分布式錐形光纖光柵傳感系統(tǒng)。

圖1 一種基于F-P濾波器的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。一種基于F-P濾波器的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，，見(jiàn)圖1，該解調(diào)系統(tǒng)包括寬帶光源1、三端口耦合器、光纖光柵3、F-P濾波器4、光電探測(cè)器5、放大電路6、數(shù)據(jù)采集卡 7、計(jì)算機(jī)8、壓電陶瓷9、壓電陶瓷控制器10。寬帶光源1的輸出接三端口耦合器的第一端口 21，三端口耦合器的第二端口 22接光纖光柵3，三端口耦合器的第三端口 23接F-P濾波器4的輸入，F(xiàn)-P濾波器4粘貼在壓電陶瓷9上，F(xiàn)-P濾波器4的輸出接光電探測(cè)器5的輸入，光電探測(cè)器5的輸出接放大電路6 的輸入，放大電路6輸出接數(shù)據(jù)采集卡7的輸入，數(shù)據(jù)采集卡7輸出接計(jì)算機(jī)8，壓電陶瓷控制器10與壓電陶瓷9連接，壓電陶瓷控制器10并與計(jì)算機(jī)8連接。光纖光柵3為錐形光纖光柵。本實(shí)用新型所使用的器件均為市售器件。由于錐形光纖光柵反射譜寬度對(duì)溫度變化具有不敏感性，通過(guò)錐形光纖光柵反射光的起始波長(zhǎng)及其帶寬變化量，區(qū)分出溫度和應(yīng)力的變化，按以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一分別標(biāo)定錐形光纖光柵的溫度-波長(zhǎng)響應(yīng)、應(yīng)力-波長(zhǎng)響應(yīng)和應(yīng)力-帶寬響應(yīng)三組關(guān)系，確定其應(yīng)力靈敏度系數(shù)Ke和溫度靈敏度系數(shù)Kt ；步驟二在實(shí)際測(cè)量中，分別測(cè)出錐形光纖光柵反射光譜的中心波長(zhǎng)漂移量Δ λΒ 和帶寬變化量AW;步驟三根據(jù)錐形光纖光柵反射光帶寬的變化確定其所受應(yīng)力值ε ；步驟四根據(jù)得到的應(yīng)力值及應(yīng)力-波長(zhǎng)關(guān)系，確定錐形光纖光柵在應(yīng)力作用下的中心反射波長(zhǎng)的漂移量Δ λ ε = Κε · ε步驟五在測(cè)得的中心波長(zhǎng)變化量中去除掉應(yīng)力所引起的變化量，即可得到單純溫度變化帶來(lái)的影響ΔΤ = Δ λ Β- Δ λ ε步驟六根據(jù)溫度-波長(zhǎng)關(guān)系得到相應(yīng)的溫度變化量，從而實(shí)現(xiàn)利用單一錐形光纖光柵的溫度和應(yīng)力同時(shí)測(cè)量[0026]
權(quán)利要求1. 一種基于F-P濾波器的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，該解調(diào)系統(tǒng)包括寬帶光源 (1)、三端口耦合器、光纖光柵(3)、F-P濾波器G)、光電探測(cè)器(5)、放大電路(6)、數(shù)據(jù)采集卡(7)、計(jì)算機(jī)(8)、壓電陶瓷(9)、壓電陶瓷控制器(10)；寬帶光源(1)的輸出接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口 02) 接光纖光柵(3)，三端口耦合器的第三端口接F-P濾波器(4)的輸入，F(xiàn)-P濾波器(4) 粘貼在壓電陶瓷(9)上，F(xiàn)-P濾波器的輸出接光電探測(cè)器(5)的輸入，光電探測(cè)器(5) 的輸出接放大電路(6)的輸入，放大電路(6)輸出接數(shù)據(jù)采集卡(7)的輸入，數(shù)據(jù)采集卡 (7)輸出接計(jì)算機(jī)(8)，壓電陶瓷控制器(10)與壓電陶瓷(9)連接，壓電陶瓷控制器(10) 并與計(jì)算機(jī)(8)連接；其特征在于光纖光柵C3)為錐形光纖光柵。
專利摘要一種基于F-P濾波器的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，涉及光纖傳感領(lǐng)域，解決了光纖光柵傳感的溫度-應(yīng)力交叉敏感問(wèn)題。該系統(tǒng)的寬帶光源(1)的輸出接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接光纖光柵(3)，三端口耦合器(23)的第三端口接F-P濾波器(4)，F(xiàn)-P濾波器(4)粘貼在壓電陶瓷(9)上，F(xiàn)-P濾波器的輸出接光電探測(cè)器(5)，光電探測(cè)器接放大電路(6)，放大電路接數(shù)據(jù)采集卡(7)，數(shù)據(jù)采集卡接計(jì)算機(jī)(8)，壓電陶瓷控制器(10)對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行控制，壓電陶瓷控制器的輸出接計(jì)算機(jī)。光纖光柵為錐形光纖光柵。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度較高，穩(wěn)定性好，系統(tǒng)信噪比高、分辨率高，能實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)力的同時(shí)解調(diào)。
文檔編號(hào)G02B6/34GK202255422SQ201120375020
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者周倩, 寧提綱, 趙鑫 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)