本發(fā)明涉及傳感器解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置。

背景技術(shù)：

FBG傳感系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于建筑物健康狀態(tài)、復(fù)合材料工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，電纜、管道的遙感測(cè)試，電力系統(tǒng)中的電磁測(cè)量等諸多領(lǐng)域。其中，F(xiàn)BG解調(diào)儀是FBG傳感系統(tǒng)中的核心設(shè)備，其性能直接影響FBG傳感系統(tǒng)的測(cè)量精度、測(cè)量范圍、采樣頻率?；陉嚵胁▽?dǎo)光柵(AWG)的FBG解調(diào)設(shè)備通過AWG芯片相鄰?fù)ǖ垒敵龉庑盘?hào)強(qiáng)度比得到對(duì)應(yīng)的FBG中心波長(zhǎng)，可以高精度、高速實(shí)現(xiàn)FBG中心波長(zhǎng)解調(diào)，同時(shí)具有很強(qiáng)的波分復(fù)用能力，是一種新興的FBG解調(diào)裝置。但該AWG解調(diào)裝置不能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍的連續(xù)波長(zhǎng)解調(diào)：當(dāng)FBG中心波長(zhǎng)靠近AWG通道中心波長(zhǎng)時(shí)，僅能在AWG芯片一個(gè)通道輸出端測(cè)量得到光信號(hào)，不能實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)；導(dǎo)致在多個(gè)AWG通道構(gòu)成的解調(diào)范圍內(nèi)存在多個(gè)盲區(qū)，限制了AWG解調(diào)設(shè)備的動(dòng)態(tài)解調(diào)范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：相比于現(xiàn)有技術(shù)，提供了一種基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍的連續(xù)波長(zhǎng)解調(diào)。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置，包括：光源、光環(huán)形器、光分路器、第一陣列波導(dǎo)光柵、第二陣列波導(dǎo)光柵、第一光信號(hào)探測(cè)器、第二光信號(hào)探測(cè)器和信號(hào)采集處理單元；其中，所述第一陣列波導(dǎo)光柵的相鄰?fù)ǖ篱g隔和所述第二陣列波導(dǎo)光柵的相鄰?fù)ǖ篱g隔都為L(zhǎng)，所述第一陣列波導(dǎo)光柵和所述第二陣列波導(dǎo)光柵的通道中心波長(zhǎng)偏移量為L(zhǎng)/2～L/10；所述光源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)所述光環(huán)形器入射至FBG傳感器，F(xiàn)BG傳感器將入射光信號(hào)變?yōu)榉瓷涔庑盘?hào)傳輸給所述光環(huán)形器，所述光環(huán)形器將反射光信號(hào)傳輸給所述光分路器，被所述光分路器均勻分成第一路光和第二路光，第一路光進(jìn)入第一陣列波導(dǎo)光柵，第二路光進(jìn)入第二陣列波導(dǎo)光柵；當(dāng)FBG傳感器反射光信號(hào)的中心波長(zhǎng)位于第一陣列波導(dǎo)光柵的通道N的中心波長(zhǎng)和通道N+1的中心波長(zhǎng)之間時(shí)，反射光信號(hào)分別由第一陣列波導(dǎo)光柵通道N和通道N+1輸出，與通道N相對(duì)應(yīng)的第一光信號(hào)探測(cè)器探測(cè)出通道N輸出的光強(qiáng)，并將通道N輸出的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第一電壓，與通道N+1相對(duì)應(yīng)的第一光信號(hào)探測(cè)器探測(cè)出通道N+1輸出的光強(qiáng)，并將通道N+1輸出的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第二電壓，然后通過所述信號(hào)采集處理單元采集到第一電壓和第二電壓，根據(jù)第一電壓和第二電壓得到相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比，并根據(jù)已知的相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比與FBG傳感器反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)間的關(guān)系得到FBG傳感器反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)；其中，N＝1、2、……n-1；當(dāng)FBG傳感器反射光信號(hào)的中心波長(zhǎng)位于第一陣列波導(dǎo)光柵的通道N的中心波長(zhǎng)時(shí)，由所述第一陣列波導(dǎo)光柵和所述第二陣列波導(dǎo)光柵的通道中心波長(zhǎng)偏移量為L(zhǎng)/2～L/10可知，F(xiàn)BG傳感器反射光信號(hào)的中心波長(zhǎng)位于第二陣列波導(dǎo)光柵的通道N的中心波長(zhǎng)和通道N+1的中心波長(zhǎng)之間，反射光信號(hào)分別由第二陣列波導(dǎo)光柵通道N和通道N+1輸出，與第二陣列波導(dǎo)光柵的通道N相對(duì)應(yīng)的第二光信號(hào)探測(cè)器探測(cè)出通道N輸出的光強(qiáng)，并將第二陣列波導(dǎo)光柵的通道N輸出的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第三電壓，與第二陣列波導(dǎo)光柵的通道N+1相對(duì)應(yīng)的第二光信號(hào)探測(cè)器探測(cè)出通道N+1輸出的光強(qiáng)，并將第二陣列波導(dǎo)光柵的通道N+1輸出的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第四電壓，然后通過所述信號(hào)采集處理單元采集到第三電壓和第四電壓，根據(jù)第三電壓和第四電壓得到相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比，并根據(jù)已知的相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比與FBG傳感器反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)間的關(guān)系得到FBG傳感器反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)；其中，N＝1、2、……n-1。

上述基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置中，所述第一陣列波導(dǎo)光柵包括n個(gè)通道，每個(gè)通道與其相對(duì)應(yīng)的第一光信號(hào)探測(cè)器相連接，n個(gè)第一光信號(hào)探測(cè)器與所述信號(hào)采集處理單元相連接；所述第二陣列波導(dǎo)光柵包括n個(gè)通道，每個(gè)通道與其相對(duì)應(yīng)的第二光信號(hào)探測(cè)器相連接，n個(gè)第二光信號(hào)探測(cè)器與所述信號(hào)采集處理單元相連接。

上述基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置中，所述光源與所述光環(huán)形器的A端相連接，所述光環(huán)形器的C端與光分路器的輸入端相連接，光分路器的一個(gè)輸出端與第一陣列波導(dǎo)光柵相連接，光分路器的另一個(gè)輸出端與第二陣列波導(dǎo)光柵相連接，所述光環(huán)形器的B端與FBG傳感器相連接。

上述基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置中，所述光源為寬帶光源，用于提供近紅外波段的寬帶光信號(hào)。

上述基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置中，所述第一陣列波導(dǎo)光柵為高斯型陣列波導(dǎo)光柵或平坦型陣列波導(dǎo)光柵。

上述基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置中，所述第二陣列波導(dǎo)光柵為高斯型陣列波導(dǎo)光柵或平坦型陣列波導(dǎo)光柵。

上述基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置中，所述第一光信號(hào)探測(cè)器為光電二極管構(gòu)成的探測(cè)器或CCD。

上述基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置中，所述第二光信號(hào)探測(cè)器為光電二極管構(gòu)成的探測(cè)器或CCD。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明采用兩個(gè)通道中心波長(zhǎng)偏移量不同的AWG，其分別對(duì)應(yīng)的多段梳狀波長(zhǎng)解調(diào)范圍相互銜接，組成連續(xù)譜帶，能夠覆蓋整個(gè)波長(zhǎng)解調(diào)范圍；

(2)本發(fā)明在確定FBG傳感器的反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)所在區(qū)域后，即可采用該區(qū)域?qū)?yīng)的AWG的兩個(gè)相鄰?fù)ǖ缹?duì)單個(gè)FBG傳感器進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，繼承了AWG解調(diào)方法的高精度、高速特性，也能夠通過兩個(gè)AWG解調(diào)范圍的互補(bǔ)，由多個(gè)AWG相鄰?fù)ǖ捞岣逨BG傳感器解調(diào)動(dòng)態(tài)范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置的示意圖；

圖2是本發(fā)明的第一陣列波導(dǎo)光柵部分通道透射光譜分布示意圖；

圖3是本發(fā)明的陣列波導(dǎo)光柵相鄰?fù)ǖ劳干渥V與FBG傳感器反射譜示意圖；

圖4是本發(fā)明的陣列波導(dǎo)光柵相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比隨FBG傳感器反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)分布；

圖5是本發(fā)明的第一陣列波導(dǎo)光柵和第二陣列波導(dǎo)光柵部分通道透射光譜示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

圖1是本發(fā)明的基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置的示意圖。如圖1所示，該基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置包括：光源1、光環(huán)形器2、光分路器3、第一陣列波導(dǎo)光柵4、第二陣列波導(dǎo)光柵5、第一光信號(hào)探測(cè)器61、第二光信號(hào)探測(cè)器62、信號(hào)采集處理單元7和FBG傳感器8。具體實(shí)施時(shí)，光分路器3為Y分支波導(dǎo)，為光源1為寬帶光源，用于提供近紅外波段的寬帶光信號(hào)。第一陣列波導(dǎo)光柵4和第二陣列波導(dǎo)光柵5均為高斯型陣列波導(dǎo)光柵或平坦型陣列波導(dǎo)光柵。第一光信號(hào)探測(cè)器61和第二光信號(hào)探測(cè)器62均為光電二極管構(gòu)成的探測(cè)器或CCD。需要說明的是，光分路器3還可以為光開關(guān)、1×2光纖耦合器等。其中，

光源1與光環(huán)形器2的A端相連接，光環(huán)形器2的C端與Y分支波導(dǎo)3的輸入端相連接，Y分支波導(dǎo)3的一個(gè)輸出端與第一陣列波導(dǎo)光柵4相連接，Y分支波導(dǎo)3的另一個(gè)輸出端與第二陣列波導(dǎo)光柵5相連接，光環(huán)形器2的B端與FBG傳感器8相連接。

第一陣列波導(dǎo)光柵4包括n個(gè)通道，每個(gè)通道與其相對(duì)應(yīng)的第一光信號(hào)探測(cè)器61相連接，n個(gè)第一光信號(hào)探測(cè)器61與信號(hào)采集處理單元7相連接；

第二陣列波導(dǎo)光柵5包括n個(gè)通道，每個(gè)通道與其相對(duì)應(yīng)的第二光信號(hào)探測(cè)器62相連接，n個(gè)第二光信號(hào)探測(cè)器62與信號(hào)采集處理單元7相連接；

第一陣列波導(dǎo)光柵4的相鄰?fù)ǖ篱g隔和第二陣列波導(dǎo)光柵5的相鄰?fù)ǖ篱g隔都為L(zhǎng)，第一陣列波導(dǎo)光柵4和第二陣列波導(dǎo)光柵5的通道中心波長(zhǎng)偏移量為L(zhǎng)/2～L/10；

光源1發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)所述光環(huán)形器2入射至所述FBG傳感器8，F(xiàn)BG傳感器8將入射光信號(hào)變?yōu)榉瓷涔庑盘?hào)傳輸給光環(huán)形器2，光環(huán)形器2將反射光信號(hào)傳輸給Y分支波導(dǎo)3，被Y分支波導(dǎo)3均勻分成第一路光和第二路光，第一路光進(jìn)入第一陣列波導(dǎo)光柵4，第二路光進(jìn)入第二陣列波導(dǎo)光柵5；

當(dāng)FBG傳感器8反射光信號(hào)的中心波長(zhǎng)位于第一陣列波導(dǎo)光柵4的通道N的中心波長(zhǎng)和通道N+1的中心波長(zhǎng)之間時(shí)，反射光信號(hào)分別由第一陣列波導(dǎo)光柵4通道N和通道N+1輸出，與通道N相對(duì)應(yīng)的第一光信號(hào)探測(cè)器61探測(cè)出通道N輸出的光強(qiáng)，并將通道N輸出的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第一電壓，與通道N+1相對(duì)應(yīng)的第一光信號(hào)探測(cè)器61探測(cè)出通道N+1輸出的光強(qiáng)，并將通道N+1輸出的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第二電壓，然后通過信號(hào)采集處理單元7采集到第一電壓和第二電壓，根據(jù)第一電壓和第二電壓得到相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比，并根據(jù)已知的相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比與FBG傳感器8反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)間的關(guān)系得到FBG傳感器8反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)；其中，N＝1、2、……n-1；

當(dāng)FBG傳感器8反射光信號(hào)的中心波長(zhǎng)位于第一陣列波導(dǎo)光柵4的通道N的中心波長(zhǎng)時(shí)，由第一陣列波導(dǎo)光柵4和第二陣列波導(dǎo)光柵5的通道中心波長(zhǎng)偏移量為L(zhǎng)/2～L/10可知FBG傳感器8反射光信號(hào)的中心波長(zhǎng)位于第二陣列波導(dǎo)光柵5的通道N的中心波長(zhǎng)和通道N+1的中心波長(zhǎng)之間，反射光信號(hào)分別由第二陣列波導(dǎo)光柵5通道N和通道N+1輸出，與第二陣列波導(dǎo)光柵5的通道N相對(duì)應(yīng)的第二光信號(hào)探測(cè)器62探測(cè)出通道N輸出的光強(qiáng)，并將第二陣列波導(dǎo)光柵5的通道N輸出的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第三電壓，與第二陣列波導(dǎo)光柵5的通道N+1相對(duì)應(yīng)的第二光信號(hào)探測(cè)器62探測(cè)出通道N+1輸出的光強(qiáng)，并將第二陣列波導(dǎo)光柵5的通道N+1輸出的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為第四電壓，然后通過信號(hào)采集處理單元7采集到第三電壓和第四電壓，根據(jù)第三電壓和第四電壓得到相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比，并根據(jù)已知的相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比與FBG傳感器8反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)間的關(guān)系得到FBG傳感器8反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)；其中，N＝1、2、……n-1。

本實(shí)施例AWG相鄰?fù)ǖ纼蓛蓸?gòu)成雙邊緣濾波器，該系列濾波器組合對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)解調(diào)范圍為多段梳狀；本實(shí)施例采用兩個(gè)通道中心波長(zhǎng)偏移量不同的AWG，其分別對(duì)應(yīng)的多段梳狀波長(zhǎng)解調(diào)范圍相互銜接，組成連續(xù)譜帶，能夠覆蓋整個(gè)波長(zhǎng)解調(diào)范圍；本實(shí)施例在確定FBG傳感器的反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)所在區(qū)域后，即可采用該區(qū)域?qū)?yīng)的AWG的兩個(gè)相鄰?fù)ǖ缹?duì)單個(gè)FBG傳感器進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，繼承了AWG解調(diào)方法的高精度、高速特性，也能夠通過兩個(gè)AWG解調(diào)范圍的互補(bǔ)，由多個(gè)AWG相鄰?fù)ǖ捞岣逨BG傳感器解調(diào)動(dòng)態(tài)范圍。

具體的，如圖1所示，提出了一種基于雙陣列波導(dǎo)光柵的光纖光柵傳感器解調(diào)裝置，其包括：寬帶光源1、光環(huán)形器2、Y分支波導(dǎo)3、通道中心波長(zhǎng)偏移量相差0.4nm的48通道100Hz高斯型第一陣列波導(dǎo)光柵4和第二陣列波導(dǎo)光柵5、第一光信號(hào)探測(cè)器61、第二光信號(hào)探測(cè)器62、信號(hào)采集處理單元7。該解調(diào)裝置用于對(duì)FBG傳感器8進(jìn)行解調(diào)。寬帶光源1發(fā)出的近紅外寬帶光信號(hào)經(jīng)光環(huán)形器2入射至FBG傳感器8，F(xiàn)BG傳感器8反射光信號(hào)經(jīng)光環(huán)形器2后進(jìn)入Y分支波導(dǎo)3，被均勻分成兩路后分別進(jìn)入高斯型第一陣列波導(dǎo)光柵4和高斯型第二陣列波導(dǎo)光柵5。

高斯型第一陣列波導(dǎo)光柵4部分通道透射光譜如圖2所示。當(dāng)FBG傳感器8反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)位于第一陣列波導(dǎo)光柵4的通道N和通道N+1之間時(shí)(見圖3)，反射光信號(hào)分別由第一陣列波導(dǎo)光柵4的通道N和通道N+1輸出，這里需要說明的是，圖1中的第一陣列波導(dǎo)光柵4總共包括48個(gè)通道，這里的N為1、2、……、47。當(dāng)FBG傳感器8中心波長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí)，上述兩通道輸出光強(qiáng)隨之變化。根據(jù)已知的相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比與FBG傳感器8反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系(見圖4)，由第一光信號(hào)探測(cè)器61測(cè)量出光強(qiáng)并轉(zhuǎn)換為電壓后發(fā)送給采集處理單元7，通過采集處理單元7獲取電壓，并通過電壓得到光強(qiáng)對(duì)數(shù)比，即可得到FBG8中心波長(zhǎng)。

但是，當(dāng)FBG傳感器8中心波長(zhǎng)靠近第一陣列波導(dǎo)光柵4的通道N中心波長(zhǎng)時(shí)，通道N+1輸出光信號(hào)十分微弱以至于不能進(jìn)行有效探測(cè)，導(dǎo)致由第一陣列波導(dǎo)光柵4通道N與通道N+1構(gòu)成的雙邊緣濾波器解調(diào)范圍有限。第一陣列波導(dǎo)光柵4和第二陣列波導(dǎo)光柵5的通道中心波長(zhǎng)偏移量相差0.4nm，其對(duì)應(yīng)通道透射譜如圖5所示?？梢钥闯觯?dāng)FBG傳感器8反射光信號(hào)的中心波長(zhǎng)靠近第一陣列波導(dǎo)光柵4的通道N中心波長(zhǎng)時(shí)，該波長(zhǎng)位于第二陣列波導(dǎo)光柵5相鄰兩個(gè)通道間隔中央部分，表明FBG傳感器8反射光信號(hào)的中心波長(zhǎng)能夠由第二陣列波導(dǎo)光柵5相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)對(duì)數(shù)比很好地進(jìn)行解調(diào)，從而有效地拓展了FBG傳感器8的反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)解調(diào)動(dòng)態(tài)范圍。

本發(fā)明公開的基于雙AWG的FBG傳感器解調(diào)裝置中，AWG相鄰?fù)ǖ罉?gòu)成雙邊緣濾波器：當(dāng)FBG傳感器的反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)在相鄰?fù)ǖ乐行牟ㄩL(zhǎng)間隔內(nèi)變化時(shí)，相鄰?fù)ǖ垒敵龉庑盘?hào)強(qiáng)度隨之變化，通過已知的建立相鄰?fù)ǖ垒敵龉鈴?qiáng)比與FBG中心波長(zhǎng)間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可以由輸出光強(qiáng)比得到對(duì)應(yīng)FBG的中心波長(zhǎng)；AWG相鄰?fù)ǖ纼蓛蓸?gòu)成雙邊緣濾波器，該系列濾波器組合對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)解調(diào)范圍為多段梳狀。本發(fā)明采用兩個(gè)通道中心波長(zhǎng)偏移量不同的AWG，其分別對(duì)應(yīng)的多段梳狀波長(zhǎng)解調(diào)范圍相互銜接，組成連續(xù)譜帶，能夠覆蓋整個(gè)波長(zhǎng)解調(diào)范圍。本發(fā)明在確定FBG傳感器的反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)所在區(qū)域后，即可采用該區(qū)域?qū)?yīng)的AWG的兩個(gè)相鄰?fù)ǖ缹?duì)單個(gè)FBG傳感器進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，繼承了AWG解調(diào)方法的高精度、高速特性，也能夠通過兩個(gè)AWG解調(diào)范圍的互補(bǔ)，由多個(gè)AWG相鄰?fù)ǖ捞岣逨BG傳感器解調(diào)動(dòng)態(tài)范圍。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。