專利名稱：基于陣列波導(dǎo)光柵特性的分布式監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于陣列波導(dǎo)光柵特性的分布式監(jiān)測(cè)儀技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于大型建筑和煤礦安全監(jiān)測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，具體地說是一種基于陣列波導(dǎo)光柵特性的分布式監(jiān)測(cè)儀。
背景技術(shù)：
[0002]隨著科技日新月異，人們對(duì)大型結(jié)構(gòu)的尺寸不斷地提出更高的要求。這就要求新型的、能用于這些大型結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的分布式傳感技術(shù)和系統(tǒng)的提出和研究；同時(shí)還要降低成本、提高檢測(cè)靈敏度。[0003]到現(xiàn)在為止報(bào)道的用于大型建筑物健康監(jiān)測(cè)的，出現(xiàn)了各種各樣的檢測(cè)方法，包括光譜儀檢測(cè)法、匹配光柵法、可調(diào)諧Fabry-Perot法、非平衡Mach-Zehnder干涉儀跟蹤法、可調(diào)諧光源法等等。這些方法中，光譜儀檢測(cè)法成本太高、不能直接輸出對(duì)應(yīng)波長變化的電信號(hào)；匹配光柵法要求兩個(gè)光柵嚴(yán)格匹配、受參考光柵應(yīng)變量的限制，傳感光柵的測(cè)量范圍不能很大、PZT的響應(yīng)速度有限，使這種方法只適用于測(cè)量靜態(tài)或低頻變化的物理量； 可調(diào)諧Fabry-Perot法中，激光器的輸出相比于線性調(diào)制信號(hào)在掃描范圍內(nèi)呈現(xiàn)出非線性；其它有些則因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整困難、測(cè)量精度不高而不利于實(shí)現(xiàn)。[0004]隨著光纖通信的迅速發(fā)展，F(xiàn)BG作為傳感光柵的重要性逐漸受到人們關(guān)注，其應(yīng)用也越來越廣泛。同時(shí)，陣列波導(dǎo)光柵(AWG)也已成為密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件。陣列波導(dǎo)光柵(AWG)具有波長分辨率高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊和低成本等優(yōu)點(diǎn)，不僅廣泛地應(yīng)用于DWDM光通信系統(tǒng)中，并且在傳感方面也逐漸得到應(yīng)用。[0005]本作品研究利用一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵(AWG)解調(diào)若干個(gè)分布于各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的FBG光柵反射中心波長的方法，設(shè)計(jì)出一種新型的FBG分布式解調(diào)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)中成本昂貴、體積龐大、調(diào)整困難等的儲(chǔ)多問題。實(shí)用新型內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)多、本質(zhì)安全的基于陣列波導(dǎo)光柵特性的分布式監(jiān)測(cè)儀。[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種單縫衍射光強(qiáng)分布測(cè)試儀，它由陣列波導(dǎo)光柵(AWG)l、陣列波導(dǎo)光柵(AWG)通道2、光纖布拉格光柵(FBG)3、放大電路4、陣列波導(dǎo)光柵(AWG)溫控電路5、寬帶光源6、耦合器7、數(shù)據(jù)采集盒8和計(jì)算機(jī)9組成的器件構(gòu)成結(jié)構(gòu)，放大電路4由光電管PD及前置放大器組成，陣列波導(dǎo)光柵(AWG)溫控電路5分別連接到陣列波導(dǎo)光柵(AWG) 1和計(jì)算機(jī)9，寬帶光源6經(jīng)耦合器7接到光纖布拉格光柵(FBG) 3，光纖布拉格光柵(FBG) 3反射回來的光從耦合器7另一端出來接入陣列波導(dǎo)光柵(AWG) 1中， 再將陣列波導(dǎo)光柵(AWG)通道2出來的光接到放大電路4中，最后將放大電路4輸出電壓經(jīng)數(shù)據(jù)采集盒8采集到計(jì)算機(jī)9經(jīng)應(yīng)用軟件進(jìn)行處理。[0008]本實(shí)用新型的一種基于陣列波導(dǎo)光柵特性的分布式監(jiān)測(cè)儀，用一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵 (AffG)解調(diào)若干個(gè)分布于各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的FBG光柵反射中心波長的構(gòu)架，不但監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)多、體積小、本質(zhì)安全，并且還具好波長分辨率高、穩(wěn)定性好、成本低的特點(diǎn)。

[0009]圖1是陣列波導(dǎo)光柵AWG構(gòu)成原理圖[0010]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的基于陣列波導(dǎo)光柵特性的分布式監(jiān)測(cè)儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0011 ] 下面對(duì)照附圖，通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。下述實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，但對(duì)本實(shí)用新型并沒有限制。[0012]如圖2所示，本實(shí)用新型的基于陣列波導(dǎo)光柵特性的分布式監(jiān)測(cè)儀由陣列波導(dǎo)光柵(AWG)l、陣列波導(dǎo)光柵(AWG)通道2、光纖布拉格光柵(FBG)3、放大電路4、陣列波導(dǎo)光柵 (AffG)溫控電路5、寬帶光源6、耦合器7、數(shù)據(jù)采集盒8和計(jì)算機(jī)9組成的器件構(gòu)成結(jié)構(gòu)，放大電路4由光電管PD及前置放大器組成，陣列波導(dǎo)光柵(AWG)溫控電路5分別連接到陣列波導(dǎo)光柵(AWG) 1和計(jì)算機(jī)9，寬帶光源6經(jīng)耦合器7接到光纖布拉格光柵(FBG) 3，光纖布拉格光柵(FBG) 3反射回來的光從耦合器7另一端出來接入陣列波導(dǎo)光柵(AWG)I中，再將陣列波導(dǎo)光柵(AWG)通道2出來的光接到放大電路4中，最后將放大電路4輸出電壓經(jīng)數(shù)據(jù)采集盒8采集到計(jì)算機(jī)9經(jīng)應(yīng)用軟件進(jìn)行處理。[0013]圖1為陣列波導(dǎo)光柵(AWG)工作原理是基于馬赫-曾德爾干涉儀的原理，即多個(gè)相干單色光經(jīng)過不同的光程傳輸后的干涉理論。輸入光從第一個(gè)星形耦合器輸入，該耦合器把光功率幾乎平均地分配到波導(dǎo)陣列輸入端中的每一個(gè)波導(dǎo)。通常M陣列波導(dǎo)長度L 用光在該波導(dǎo)中傳輸?shù)陌氩ㄩLλ/2η的整數(shù)m表示，即[0014]L=m λ/2n=mc/2fn , m=l, 2, 3. . . (1)[0015]式中η是波導(dǎo)的折射率，f=c/X是光波頻率，c是光速。由此可以得到用波導(dǎo)長度L表示的沿該波導(dǎo)傳輸?shù)墓獾念l率[0016]f=mc/2nL , m=l, 2, 3. . .(2)[0017]由于陣列波導(dǎo)中的波導(dǎo)長度不等，相位延遲也不等，其相鄰波導(dǎo)間的相位差為[0018]Δ φ = kA L= 2 π η Δ L/λ(3)[0019]這里k是波矢量，1 =2πη/λ，AL是相鄰波導(dǎo)間的路徑長度差，通常為幾十微米，所以輸出端口與波長有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。[0020]當(dāng)只考慮溫度T對(duì)光纖布拉格光柵FBG波長的影響，外界其他因素可忽略時(shí)，那么存在如下關(guān)系[0021]η = D1CIf ( T - T0 )+ D1XTO + D2 (4)[0022]式中η為AWG相鄰?fù)ǖ缽?qiáng)度比值對(duì)數(shù)，λτο為初始溫度為Ttl時(shí)光纖布拉格光柵 FBG波長，ciF為光纖布拉格光柵FBG的溫度靈敏度。從此可見，陣列波導(dǎo)光柵(AWG)相鄰?fù)ǖ缽?qiáng)度比值對(duì)數(shù)與光纖布拉格光柵外界溫度是線性關(guān)系。[0023]傳統(tǒng)的解調(diào)原理示意圖如圖2中的非粗線部分所示。[0024]圖2中，光纖布拉格光柵FBG1、FBG2至FB&i是分布于不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的光纖光柵傳感陣列。各光纖布拉格光柵FBG貼于一電熱板上，溫度控制電路控制電熱板的溫度，寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過耦合器、單模光纖進(jìn)入到光纖布拉格光柵陣列，光纖布拉格光柵傳感陣列的反射波長信號(hào)又經(jīng)過耦合器進(jìn)入到陣列波導(dǎo)光柵AWG中，而陣列波導(dǎo)光柵AWG本身的特性能將入射光分成不同波長的窄帶到多個(gè)通道中。這里將FBG的各個(gè)波長之間分散一些， 同時(shí)保證每一個(gè)FBG的中心波長Ibi (1彡i彡/ ，/7為AWG的通道數(shù))隨著被測(cè)量的變化范圍都在相鄰的光纖布拉格光柵AWG的兩個(gè)通道的中心波長之間，即Ibi在Iam和Imin之間， 這樣就能夠避免解調(diào)時(shí)的相互干擾。同時(shí)每個(gè)窄帶光通道中出來的光信號(hào)對(duì)應(yīng)著一個(gè)光纖光柵傳感器FBG。光電管PD的輸出經(jīng)放大進(jìn)入到數(shù)據(jù)處理器或者是高速微型計(jì)算機(jī)中。[0025]正常情況下，各個(gè)通道的中心波長對(duì)應(yīng)各個(gè)FBG的中心波長，一旦現(xiàn)場(chǎng)的溫度或應(yīng)力發(fā)生變化，那么相應(yīng)光纖布拉格光柵FBG的反射中心波長就會(huì)發(fā)生漂移，而這會(huì)使反射光在相應(yīng)通道中透過的光強(qiáng)也會(huì)發(fā)生變化。通過計(jì)算機(jī)或處理器對(duì)輸出信號(hào)的檢測(cè)就能確定相應(yīng)光電管PD電流的變化量及傳感光柵的偏移方向。[0026]溫度控制電路，見圖2中的粗線部分所示，循環(huán)地在S分鐘內(nèi)(此處為描述方便， 暫稱此S分鐘為1輪)使光纖布拉格光柵AWG芯片溫度從30°C增加到90°C，或從90°C降到 30°C，溫控軟件可實(shí)時(shí)報(bào)告出當(dāng)前AWG的溫度。在此同時(shí)用微機(jī)高速采集各通道的數(shù)據(jù)，一輪掃描結(jié)束后分別找出各通道數(shù)據(jù)的最大值時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的AWG芯片溫度，從而根據(jù)圖3所示的AWG通道的溫度一通道中心波長關(guān)系可知該通道在本輪所測(cè)的中心波長，進(jìn)而獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息。
權(quán)利要求1. 一種基于AWG特性的分布式監(jiān)測(cè)儀，其特征在于由AWG(1)、AWG通道(2)、FBG(3)、 放大電路(4)、AWG溫控電路(5)、寬帶光源(6)、耦合器(7)、數(shù)據(jù)采集盒(8)和計(jì)算機(jī)(9)組成，放大電路(4 )由光電管PD及前置放大器組成，AffG溫控電路(5 )分別連接到AWG (1)和計(jì)算機(jī)(9)，寬帶光源(6)經(jīng)耦合器(7)接到FBG (3)，F(xiàn)BG (3)反射回來的光從耦合器(7) 另一端出來接入AWG (1)中，再將AWG通道(2)出來的光接到放大電路(4)中，最后將放大電路(4)輸出電壓經(jīng)數(shù)據(jù)采集盒(8)采集到計(jì)算機(jī)(9)經(jīng)應(yīng)用軟件進(jìn)行處理。
專利摘要本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，具體地說是一種基于陣列波導(dǎo)光柵特性的分布式監(jiān)測(cè)儀。由陣列波導(dǎo)光柵AWG、陣列波導(dǎo)光柵AWG通道、光纖布拉格光柵FBG、放大電路、陣列波導(dǎo)光柵AWG溫控電路、寬帶光源、耦合器、數(shù)據(jù)采集盒、計(jì)算機(jī)組成，陣列波導(dǎo)光柵AWG溫控電路連接到陣列波導(dǎo)光柵AWG和計(jì)算機(jī)，寬帶光源經(jīng)耦合器接到光纖布拉格光柵FBG，光纖布拉格光柵FBG反射回來的光從耦合器另一端出來接入陣列波導(dǎo)光柵AWG中，再將陣列波導(dǎo)光柵AWG通道出來的光接到放大電路中，最后將輸出電壓采集到計(jì)算機(jī)后通過應(yīng)用軟件進(jìn)行處理。其用一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵AWG解調(diào)若干個(gè)分布于各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的FBG光柵反射中心波長的構(gòu)架，不但監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)多、體積小、本質(zhì)安全，并且還具好波長分辨率高、穩(wěn)定性好、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01D21/02GK202304891SQ201120386980
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者萬旭, 應(yīng)朝福, 彭保進(jìn), 徐斐, 董玥, 錢翠萍 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)