一種基于fbg光纖的中心波長穩(wěn)定裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定裝置與方法屬于振動(dòng)信號(hào)檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于F-P傳感器可用于感受振動(dòng)量，因此可以測量能夠引起振動(dòng)的溫度、聲波、壓強(qiáng)等信號(hào)，同時(shí)，F(xiàn)-P傳感器又具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、成本低、安裝方便，因此在微機(jī)電系統(tǒng)、超聲測量、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。
[0003]F-P傳感器應(yīng)用于強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)，而強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)的解調(diào)精度受F-P傳感器的影響。由于F-P傳感器的靜態(tài)腔長受外界干擾而發(fā)生變化，因此導(dǎo)致強(qiáng)度解調(diào)的中心波長偏離中心位置，進(jìn)而影響強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)的測量精度。為了解決上述問題，需要穩(wěn)定強(qiáng)度解調(diào)的中心波長。
[0004]目前，在強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)中用于穩(wěn)定中心波長的方法主要有以下四種:
第一、利用密集波分復(fù)用器產(chǎn)生兩束相位正交的波長來穩(wěn)定中心波長；
第二、通過調(diào)整F-P工作腔中的氣壓來穩(wěn)定F-P腔的腔長，進(jìn)而穩(wěn)定中心波長；
第三、利用可調(diào)諧激光器穩(wěn)定中心波長；
第四、利用FFP-TF穩(wěn)定中心波長。
[0005]以上四種方法中，由于前兩種方法所對應(yīng)的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)難度大，第三種方法硬件成本過高，第四種方法所對應(yīng)的裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)節(jié)，硬件成本低，因而應(yīng)用廣泛，但是，這種方法由于將FFP-TF設(shè)置于F-P傳感器前方，因此存在以下兩方面缺陷:
第一、光源的出射光路只有部分進(jìn)入到F-P傳感器，降低了強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)的分辨力、量程和信噪比。
[0006]第二、難以做到FFP-TF的出射光路和透射光路等光程，降低了強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)的信噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定裝置與方法，本發(fā)明可以提高強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)的分辨力、量程和信噪比。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定裝置，包括ASE光源、第一光環(huán)形器、F-P傳感器、第二光環(huán)形器、FBG光纖、第一光電轉(zhuǎn)換器、第二光電轉(zhuǎn)換器、除法器、ADC、FPGA、DAC和溫度控制器；
ASE光源的出射光經(jīng)過第一光環(huán)形器后，入射到F-P傳感器進(jìn)行調(diào)制并反射，再依次經(jīng)過第一光環(huán)形器、第二光環(huán)形器和FBG光纖后分成反射光路和透射光路，反射光路再次經(jīng)過第二光環(huán)形器后，由第一光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為第一路電壓信號(hào)，透射光路由與反射光路等價(jià)的光纖傳輸后，由第二光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為第二路電壓信號(hào)，第一路電壓信號(hào)與第二路電壓信號(hào)共同接入除法器，所述除法器將第一路電壓信號(hào)除以第二路電壓信號(hào)，所得結(jié)果經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換后，輸入給FPGA，所述FPGA將ADC轉(zhuǎn)換后的結(jié)果轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換后，輸入給溫度控制器，控制FBG光纖溫度。
[0009]上述基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定裝置，所述的F-P傳感器包括一個(gè)固定的半反半透面，和一個(gè)隨振動(dòng)信號(hào)發(fā)生振動(dòng)的透射率小于10%的反射面；ASE光源的出射光經(jīng)過第一光環(huán)形器后，先入射到半反半透面。
[0010]上述基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定裝置，還包括PC，所述PC與FPGA通信。
[0011 ] 一種在上述基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定裝置上實(shí)現(xiàn)的基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定方法，包括以下步驟:
51、采集振動(dòng)信號(hào)
F-P傳感器的反射面隨聲波振動(dòng)，改變從半反半透面透射再經(jīng)過反射面反射到半反半透面的光束的相位，使半反半透面前端的干涉光承載振動(dòng)信息；
52、提取窄帶光
FBG光纖的透射光路與入射光路光頻率成分相同，反射光路只包含入射光路光頻率成分的一部分，在反射光路減小帶寬；
53、去噪
利用FBG光纖反射光路轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)除以FBG光纖透射光路轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)，去掉從ASE光源到除法器之間，信號(hào)傳輸所產(chǎn)生的噪聲；
54、控制信號(hào)轉(zhuǎn)換
將除法器的輸出結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成溫度控制器的控制信號(hào)；
55、調(diào)整FBG光纖反射光路的中心波長
利用步驟S4得到的控制信號(hào)，控制溫度控制器，調(diào)整FBG光纖溫度，進(jìn)而調(diào)整FBG光纖反射光路的中心波長。
[0012]上述基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定方法，步驟S3所述的信號(hào)包括:
第一、從ASE光源到FBG光纖、FBG光纖到第一光電轉(zhuǎn)換器和FBG光纖到第二光電轉(zhuǎn)換器的光信號(hào)；
第二、從第一光電轉(zhuǎn)換器到除法器和第二光電轉(zhuǎn)換器到除法器的電信號(hào)。
[0013]有益效果:
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用FBG光纖替換FFP-TF，并將FBG光纖設(shè)置于F-P傳感器的反射光路上，使得光源的出射光路在進(jìn)入F-P傳感器前，不經(jīng)過其它光學(xué)元件，因此會(huì)帶來以下兩方面有益效果:
第一、光源進(jìn)入F-P傳感器的光束幾乎沒有損耗，不僅降低了對光源的要求，而且提高了強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)的分辨力、量程和信噪比；
第二、FBG光纖的透射光路和反射光路更容易做到等光程，降低了強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)的信噪比；
第三、基于溫度控制的FBG光纖同基于腔長控制的FFP-TF相比，光損耗更小，同樣可以降低對光源的要求，提高強(qiáng)度解調(diào)系統(tǒng)的分辨力、量程和信噪比；
第四、FBG光纖同F(xiàn)FP-TF相比，體積更小，更容易實(shí)現(xiàn)儀器小型化，而且價(jià)格更低廉。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是F-P傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]具體實(shí)施例一
本實(shí)施例為本發(fā)明的裝置實(shí)施例。
[0019]本實(shí)施例的基于FBG光纖的中心波長穩(wěn)定裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該裝置包括ASE光源、第一光環(huán)形器、F-P傳感器、第二光環(huán)形器、FBG光纖、第一光電轉(zhuǎn)換器、第二光電轉(zhuǎn)換器、除法器、ADC、FPGA, DAC和溫度控制器；
ASE光源的出射光經(jīng)過第一光環(huán)形器后，入射到F-P傳感器進(jìn)行調(diào)制并反射，再依次經(jīng)過第一光環(huán)形器、第二光環(huán)形器和FBG光纖后分成反射光路和透射光路，反射光路再次經(jīng)過第二光環(huán)形器后，由第一光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為第一路電壓信號(hào)，透射