專利名稱：利用ase光源光譜下降沿解調(diào)光纖光柵反射波長的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用ASE光源光譜下降沿解調(diào)光纖光柵反射波長的裝置，屬光纖 傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根據(jù)光纖光柵可以反射特定波長的光這一重要性質(zhì)，光纖光柵在不同的溫度、應(yīng) 變等條件下會(huì)反射不同波長的光，利用光纖光柵的這一性質(zhì)把光纖光柵作為傳感器的溫 度、應(yīng)變等傳感系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的諸多領(lǐng)域。在光纖傳感系統(tǒng)中，光纖 光柵反射回的波長的值需要通過一定的方法解調(diào)，目前常見的解調(diào)方法大都依靠光譜儀、 波長計(jì)等。由目前的市場價(jià)格看，適用于光纖傳感系統(tǒng)的光譜儀、波長計(jì)價(jià)格在幾萬元到幾 十萬元不等。光纖傳感系統(tǒng)的高價(jià)格，在一定程度上限制了光纖傳感系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和場 所，影響了光纖傳感系統(tǒng)的市場推廣和進(jìn)一步發(fā)展，如申請(qǐng)專利號(hào)為CN200710038145. 0、發(fā) 明名稱為《光纖光柵高溫傳感系統(tǒng)》的專利即屬于此列。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷與不足，本發(fā)明提出了一種利用ASE光源光譜下降 沿解調(diào)光纖光柵反射波長的裝置，旨在能替代光譜儀、波長計(jì)的作用，從而降低光纖傳感系 統(tǒng)的成本。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種利用ASE光源光譜下降沿解調(diào)光纖光柵反射波長的裝置，包括ASE光源、分束 器、光強(qiáng)傳感器a、光強(qiáng)傳感器b、3dB耦合器、FBG、A/D轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算機(jī)，其特征在于ASE 光源位于分束器之前，通過分束器將ASE光源發(fā)出的光分為兩束；分束器后面放置光強(qiáng)傳 感器a和3dB耦合器，分別傳輸由分束器所分的兩束光；3dB耦合器經(jīng)光導(dǎo)纖維分別和光強(qiáng) 傳感器b和FBG相連接，使得入射到FBG的光經(jīng)其反射回來又入射到光強(qiáng)傳感器b上；光強(qiáng) 傳感器a、b將各自所接收的兩路分束光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其輸出端各自連接A/D轉(zhuǎn)換裝置后 分別經(jīng)導(dǎo)線電連接到計(jì)算機(jī)上，將輸出的電信號(hào)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理。所述的ASE光源是指放大自發(fā)輻射光源。光源主體部分是增益介質(zhì)摻鉺光纖和高 性能的泵浦激光器。所述的FBG是Fiber Bragg Grating的縮寫，即光纖布拉格光柵。ASE光源的波長范圍較寬，光譜形狀、功率較為穩(wěn)定，被廣泛的用作光纖傳感系統(tǒng) 的光源。利用ASE光源的光譜在下降沿(波長從1558nm到1565nm之間)，光源在某一波長 處的功率隨波長增大而逐漸降低的關(guān)系，我們可以根據(jù)光纖光柵反射回的光的功率變化， 間接地反映出光纖光柵反射光中心波長的變化。而根據(jù)反射光的功率變化范圍，我們可以 間接反映出光纖光柵中心波長的變化范圍。具體的說，ASE光源光譜形狀、功率較為穩(wěn)定。搭建一個(gè)由ASE光源、光柵光纖、光 強(qiáng)傳感器、計(jì)算機(jī)處理和顯示系統(tǒng)組成的小型光纖傳感系統(tǒng)。ASE光源發(fā)出的寬譜光經(jīng)過分束器分為兩束，一束直接射入光強(qiáng)傳感器，另一束經(jīng)耦合器射入光纖光柵，光纖光柵可以反 射特定的波長，光纖光柵發(fā)射回的光經(jīng)耦合器射入另一光強(qiáng)傳感器。用于本系統(tǒng)的光強(qiáng)傳 感器均與計(jì)算機(jī)相連，并且，光強(qiáng)傳感器的光強(qiáng)信息可以通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集和處理。把該解調(diào)方法用于光纖溫度傳感系統(tǒng)中，在系統(tǒng)安裝之前，我們將光纖光柵放在 恒溫箱內(nèi)，確定報(bào)警溫度時(shí)光纖光柵反射回的中心波長功率與ASE光源功率的比值。由ASE 光源的光譜特征和光纖光柵隨溫度變化的特征可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，光柵光纖的中心波長 會(huì)向波長增長方向漂移，從而中心波長光的光強(qiáng)與ASE光源的光強(qiáng)比會(huì)下降。我們將該系 統(tǒng)安裝在被監(jiān)測物體上，根據(jù)光強(qiáng)傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以繪制出光強(qiáng)比的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線 圖，當(dāng)光強(qiáng)比低于我們預(yù)設(shè)的報(bào)警光強(qiáng)比時(shí)，這時(shí)報(bào)警器報(bào)警。把該解調(diào)方法用于光纖應(yīng)變傳感系統(tǒng)，在系統(tǒng)安裝前，我們根據(jù)所測物體所能承 受的最大應(yīng)力變化，確定波長的漂移范圍，從而確定光纖光柵發(fā)射回來的波長功率與ASE 光源功率的比值范圍。我們將該系統(tǒng)安裝在被監(jiān)測物體上，根據(jù)光傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以 繪制出光強(qiáng)比的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖。設(shè)置一個(gè)比較高速的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采樣頻率，這樣就能把 應(yīng)變的實(shí)時(shí)狀況通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖顯示出來。當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖中光強(qiáng)比的范圍，超出 了我們?cè)谙到y(tǒng)搭建之間確定的最大變化范圍時(shí)，這表示被測物體受到了超出其承受范圍的 應(yīng)變。這時(shí)需要我們檢查被監(jiān)測物體，排除安全隱患。利用上述裝置、通過光纖光柵反射波長解調(diào)進(jìn)行溫度和應(yīng)變測量，具體步驟如 下①將裝置連接好，ASE光經(jīng)分束器入射到光強(qiáng)傳感器a，光強(qiáng)傳感器a將接收到的 光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，以電流信號(hào)的形式輸出；電流信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換裝置輸入計(jì)算機(jī)，借 助相關(guān)軟件程序，在計(jì)算機(jī)上得到光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字電流信號(hào)大小為I1 ；ASE光經(jīng)分束器 射入FBG，經(jīng)FBG反射的特定波長的光射入到光強(qiáng)傳感器b，經(jīng)光強(qiáng)傳感器、A/D轉(zhuǎn)換裝置， 借助相關(guān)軟件程序，在計(jì)算機(jī)上讀出該路光的數(shù)字電流信號(hào)大小為I2 ；I” I2均由計(jì)算機(jī)實(shí) 時(shí)讀取，實(shí)時(shí)變化；②當(dāng)該裝置被用來監(jiān)測溫度信息時(shí)，在系統(tǒng)安裝之前，我們將FBG放在恒溫箱內(nèi)， 確定報(bào)警溫度時(shí)I2與I1的比值，定為(I2A1) _ ；由ASE光源的光譜特征和FBG隨溫度變 化的特征可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，F(xiàn)BG的中心波長會(huì)向波長增長方向漂移，從而I2與I1的比值 會(huì)下降；報(bào)警溫度時(shí)所對(duì)應(yīng)的12/1”即I2A1的允許最小值；我們將該系統(tǒng)安裝在被監(jiān)測物 體上，根據(jù)計(jì)算機(jī)從光強(qiáng)傳感器獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，繪制出I2A1的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖，當(dāng)I2A1 低于我們預(yù)設(shè)的報(bào)警光強(qiáng)比(I2A1) s 時(shí)，這時(shí)報(bào)警器報(bào)警；當(dāng)該裝置被用來監(jiān)測應(yīng)變信息時(shí)，在系統(tǒng)安裝前，我們根據(jù)所測物體所能承受的 最大應(yīng)力變化，確定波長的漂移范圍，從而確定FBG發(fā)射回來的波長功率與ASE光源功率的 比值范圍，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，確定I2A1的最大值(I2A1) #、最小值(I2A1) ；我 們將該系統(tǒng)安裝在被監(jiān)測物體上，根據(jù)光強(qiáng)傳感器a、b的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后，繪制 出電流信號(hào)比I2A1的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖；設(shè)置一個(gè)比較高速的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采樣頻率，這樣就 能把應(yīng)變的實(shí)時(shí)狀況通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖顯示出來；當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖中光強(qiáng)比12/1”小 于(I2A1)最小或者大于(I2A1) *大時(shí)，這表示被測物體受到了超出其承受范圍的應(yīng)變；這時(shí) 需要我們檢查被監(jiān)測物體，排除安全隱患；③當(dāng)系統(tǒng)被用來實(shí)時(shí)監(jiān)測時(shí)，通過相關(guān)軟件程序，計(jì)算機(jī)根據(jù)光強(qiáng)傳感器a和光強(qiáng)傳感器b送進(jìn)來的電流信號(hào)I1和I2，建立一個(gè)I2A1隨時(shí)間t的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖；數(shù)字電 流信號(hào)I1和I2的數(shù)值大小由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集，采集的頻率由計(jì)算機(jī)程序確定，當(dāng)計(jì)算機(jī)采 集到某一時(shí)刻的I1和I2的值時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)同時(shí)計(jì)算I2A1的大小，將I2A1的值在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 曲線圖上標(biāo)定出來，并且將這個(gè)值與報(bào)警I2A1比較，如果采集到的I2A1符合步驟②中所述 的報(bào)警條件時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息。由于ASE光源的光譜形狀功率具有一定的穩(wěn)定性，當(dāng)我們?cè)O(shè)置不同的計(jì)算機(jī)采 樣、處理頻率時(shí)，該種方法可以廣泛的用來檢測溫度、應(yīng)變等。本發(fā)明的有益效果可根據(jù)對(duì)上述技術(shù)的具體敘述得知，包含光譜儀、波長計(jì)等解 調(diào)模塊的光纖傳感系統(tǒng)價(jià)格在幾萬元到幾十萬元不等，價(jià)格較高使光纖傳感系統(tǒng)的市場受 到一定的限制。而采用了利用ASE光源光譜下降沿部分解調(diào)的新型光纖傳感系統(tǒng)使傳感系 統(tǒng)的價(jià)格得到大幅度的下降。這種小型系統(tǒng)可以廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域，例如 局部溫度檢測、局部應(yīng)變檢測等，為保障工業(yè)安全生產(chǎn)、日常生活安全發(fā)揮著重要的作用。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1，ASE光源、2，分束器、3，3dB耦合器、4，F(xiàn)BG、5，光強(qiáng)傳感器a、6，光強(qiáng)傳感器 b、7，計(jì)算機(jī)、8、光導(dǎo)纖維，9、A/D轉(zhuǎn)換裝置，10、A/D轉(zhuǎn)換裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例1 如圖1所示，包括ASE光源1、分束器2、光強(qiáng)傳感器a5、光強(qiáng)傳感器b5、3dB耦合 器3、FBG4、A/D轉(zhuǎn)換裝置9、10和計(jì)算機(jī)7，其特征在于ASE光源1位于分束器2之前，通過 分束器2將ASE光源1發(fā)出的光分為兩束；分束器2后面放置光強(qiáng)傳感器a5和3dB耦合器 3，分別傳輸由分束器2所分的兩束光；3dB耦合器3經(jīng)光導(dǎo)纖維8分別和光強(qiáng)傳感器b6和 FBG4相連接，使得入射到FBG4的光經(jīng)其反射回來又入射到光強(qiáng)傳感器b6上；光強(qiáng)傳感器 a5、b6將各自所接收的兩路分束光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其輸出端各自連接A/D轉(zhuǎn)換裝置9、10后 分別經(jīng)導(dǎo)線電連接到計(jì)算機(jī)7上，將輸出的電信號(hào)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理。實(shí)施例2 利用上述裝置、通過光纖光柵反射波長解調(diào)進(jìn)行溫度和應(yīng)變測量，具體步驟如 下①將裝置連接好，ASE光經(jīng)分束器入射到光強(qiáng)傳感器a，光強(qiáng)傳感器a將接收到的 光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，以電流信號(hào)的形式輸出；電流信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換裝置輸入計(jì)算機(jī)，借 助相關(guān)軟件程序，在計(jì)算機(jī)上得到光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字電流信號(hào)大小為I1 ；ASE光經(jīng)分束器 射入FBG，經(jīng)FBG反射的特定波長的光射入到光強(qiáng)傳感器b，經(jīng)光強(qiáng)傳感器、A/D轉(zhuǎn)換裝置， 借助相關(guān)軟件程序，在計(jì)算機(jī)上讀出該路光的數(shù)字電流信號(hào)大小為I2 ；I” I2均由計(jì)算機(jī)實(shí) 時(shí)讀取，實(shí)時(shí)變化；②當(dāng)該裝置被用來監(jiān)測溫度信息時(shí)，在系統(tǒng)安裝之前，我們將FBG放在恒溫箱內(nèi)， 確定報(bào)警溫度時(shí)I2與I1的比值，定為(I2A1) _ ；由ASE光源的光譜特征和FBG隨溫度變
5化的特征可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，F(xiàn)BG的中心波長會(huì)向波長增長方向漂移，從而I2與I1的比值 會(huì)下降；報(bào)警溫度時(shí)所對(duì)應(yīng)的12/1”即I2A1的允許最小值；我們將該系統(tǒng)安裝在被監(jiān)測物 體上，根據(jù)計(jì)算機(jī)從光強(qiáng)傳感器獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，繪制出I2A1的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖，當(dāng)I2A1 低于我們預(yù)設(shè)的報(bào)警光強(qiáng)比(I2A1) s 時(shí)，這時(shí)報(bào)警器報(bào)警；當(dāng)該裝置被用來監(jiān)測應(yīng)變信息時(shí)，在系統(tǒng)安裝前，我們根據(jù)所測物體所能承受的 最大應(yīng)力變化，確定波長的漂移范圍，從而確定FBG發(fā)射回來的波長功率與ASE光源功率的 比值范圍，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，確定I2A1的最大值(I2A1) #、最小值(I2A1) ；我 們將該系統(tǒng)安裝在被監(jiān)測物體上，根據(jù)光強(qiáng)傳感器a、b的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后，繪制 出電流信號(hào)比I2A1的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖；設(shè)置一個(gè)比較高速的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采樣頻率，這樣就 能把應(yīng)變的實(shí)時(shí)狀況通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖顯示出來；當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖中光強(qiáng)比12/1”小 于(I2A1)最小或者大于(I2A1) *大時(shí)，這表示被測物體受到了超出其承受范圍的應(yīng)變；這時(shí) 需要我們檢查被監(jiān)測物體，排除安全隱患。③當(dāng)系統(tǒng)被用來實(shí)時(shí)監(jiān)測時(shí)，通過相關(guān)軟件程序，計(jì)算機(jī)根據(jù)光強(qiáng)傳感器a和光 強(qiáng)傳感器b送進(jìn)來的電流信號(hào)I1和I2，建立一個(gè)I2A1隨時(shí)間t的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖；數(shù)字電 流信號(hào)I1和I2的數(shù)值大小由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集，采集的頻率由計(jì)算機(jī)程序確定，當(dāng)計(jì)算機(jī)采 集到某一時(shí)刻的I1和I2的值時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)同時(shí)計(jì)算I2A1的大小，將I2A1的值在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 曲線圖上標(biāo)定出來，并且將這個(gè)值與報(bào)警I2A1比較，如果采集到的I2A1符合步驟②中所述 的報(bào)警條件時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息。
權(quán)利要求
一種利用ASE光源光譜下降沿解調(diào)光纖光柵反射波長的裝置，包括ASE光源、分束器、光強(qiáng)傳感器a、光強(qiáng)傳感器b、3dB耦合器、FBG、A/D轉(zhuǎn)換裝置和計(jì)算機(jī)，其特征在于ASE光源位于分束器之前，通過分束器將ASE光源發(fā)出的光分為兩束；分束器后面放置光強(qiáng)傳感器a和3dB耦合器，分別傳輸由分束器所分的兩束光；3dB耦合器經(jīng)光導(dǎo)纖維分別和光強(qiáng)傳感器b和FBG相連接，使得入射到FBG的光經(jīng)其反射回來又入射到光強(qiáng)傳感器b上；光強(qiáng)傳感器a、b將各自所接收的兩路分束光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其輸出端各自連接A/D轉(zhuǎn)換裝置后分別經(jīng)導(dǎo)線電連接到計(jì)算機(jī)上，將輸出的電信號(hào)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用ASE光源光譜下降沿解調(diào)光纖光柵反射波長的裝置， 通過該裝置能夠用于進(jìn)行溫度和應(yīng)變測量。
全文摘要
利用ASE光源光譜下降沿解調(diào)光纖光柵反射波長的裝置，屬光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。裝置包括ASE光源、分束器、光強(qiáng)傳感器a、光強(qiáng)傳感器b、3dB耦合器、FBG和計(jì)算機(jī)，其特征在于ASE光源位于分束器之前；分束器后面放置光強(qiáng)傳感器a和3dB耦合器；3dB耦合器經(jīng)光導(dǎo)纖維分別和光強(qiáng)傳感器b和FBG相連接；光強(qiáng)傳感器a、b將各自所接收的兩路分束光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其輸出端各自連接A/D轉(zhuǎn)換裝置后分別經(jīng)導(dǎo)線電連接到計(jì)算機(jī)上，將輸出的電信號(hào)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理。本發(fā)明裝置成本低，檢測方法方便簡單且實(shí)用，可以廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域，例如局部溫度檢測、局部應(yīng)變檢測等。
文檔編號(hào)G01D5/26GK101915593SQ201010228498
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者公培軍, 孔德龍, 宋復(fù)俊, 常軍, 張燕, 王偉杰, 王宗良 申請(qǐng)人:山東大學(xué)