[發(fā)明專利]一種基于RSOA的FBG傳感解調(diào)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110043368.2
• 申請(qǐng)日: 2011-02-22
• 公開（公告）號(hào): CN102645235A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張治國;陳雪;張民;王立芊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/26
• 分類號(hào): G01D5/26
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王加嶺;張慶敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及FBG傳感解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種FBG傳感解調(diào)裝置及方法。

背景技術(shù)

光傳感尤其是基于光纖光柵技術(shù)的光傳感因其具有無源化、抗電磁干擾、精度高、體小質(zhì)輕等特點(diǎn)，目前在土木建筑、石油、電力、交通、礦業(yè)、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。基于可調(diào)諧激光器的光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般由可調(diào)諧激光器、FBG(Fiber?Bragg?Grating，光纖布拉格光柵，簡稱為光纖光柵)傳感器(FBG1～FBG4)、光電探測器及光無源器件(圖1中為光耦合器)等部分構(gòu)成。其中，待測物理量通過FBG傳感器對(duì)其反射光波長進(jìn)行編碼，可調(diào)諧激光器發(fā)出的窄帶光信號(hào)經(jīng)光耦合器耦合，并經(jīng)光纖傳輸至FBG傳感器，調(diào)諧可調(diào)諧激光器的輸出光波長，當(dāng)輸出光波長與FBG傳感器反射波長一致時(shí)，光電探測器可探測得FBG傳感器的反射光，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)FBG傳感器布拉格周期的解調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測物理量的測量。

在目前的可調(diào)諧激光器式FBG傳感解調(diào)系統(tǒng)中，激光器調(diào)諧一般是基于熱調(diào)諧或光纖F-P腔腔長調(diào)諧兩種方式。其中熱調(diào)諧方式受限于熱效應(yīng)的響應(yīng)速度，調(diào)諧速度比較慢，從而難以實(shí)現(xiàn)對(duì)FBG傳感器的高速動(dòng)態(tài)測量。光纖F-P腔腔長調(diào)諧方式是通過對(duì)光纖端面鍍高反射膜，利用光纖端面形成F-P腔，通過調(diào)諧F-P腔長實(shí)現(xiàn)激光器輸出光波長的調(diào)諧，此方法存在光纖端面鍍膜復(fù)雜，成本較高等不足。因此，目前所使用的方法存在成本高、制造工藝復(fù)雜，或者調(diào)諧速度低、難以支持高速動(dòng)態(tài)測量等不足，極大地制約了FBG傳感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何實(shí)現(xiàn)高速、低成本的FBG傳感解調(diào)。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于RSOA的FBG傳感解調(diào)裝置，包括可調(diào)諧激光器，所述可調(diào)諧激光器包括依次連接的反射式半導(dǎo)體光放大器RSOA、光耦合器和可調(diào)諧光纖光柵FBG單元。

其中，所述裝置還包括與所述光耦合器連接的光環(huán)形器。

其中，所述裝置包括與所述光環(huán)形器連接的光電探測器。

其中，所述裝置還包括處理及控制單元、與可調(diào)諧FBG單元連接的可調(diào)電源，所述處理及控制單元用于控制所述可調(diào)電源，以使得所述可調(diào)諧FBG單元的外加電壓周期性變化，還用于接收光電探測器探測到的所述FBG傳感器反射的光信號(hào)，并根據(jù)該光信號(hào)和光電探測器輸出的光電流最大時(shí)刻可調(diào)諧FBG單元的外加電壓值，計(jì)算所述可調(diào)諧FBG單元的布拉格周期，得到解調(diào)結(jié)果。

其中，所述可調(diào)諧FBG單元包括相互連接的FBG應(yīng)變計(jì)和壓電陶瓷。

其中，所述裝置還包括輸出及顯示單元，用于顯示和輸出所述解調(diào)結(jié)果。

本發(fā)明還提供了一種利用所述的裝置進(jìn)行FBG傳感解調(diào)方法，包括以下步驟：

S1、將所述光環(huán)形器依次連接可調(diào)諧激光器和待測的FBG傳感器；

S2、所述處理及控制單元控制可調(diào)電源以一定規(guī)律使可調(diào)諧FBG單元的外加電壓產(chǎn)生周期性變化，所述可調(diào)諧FBG單元在周期性外加電壓的作用下，布拉格周期產(chǎn)生周期性變化，從而使得可調(diào)諧激光器輸出至光環(huán)形器的光的波長周期性變化；

S3、所述光電探測器實(shí)時(shí)地探測所述FBG傳感器反射的光信號(hào)，并將探測到的光信號(hào)發(fā)送給所述處理及控制單元；當(dāng)所述可調(diào)電源的輸出電壓變化至一定值時(shí)，所述可調(diào)諧激光器輸出的光的中心波長與所述FBG傳感器反射的光的中心波長重合，此時(shí)光電探測器接收到的光信號(hào)最強(qiáng)，從而光電探測器輸出光的電流最大；

S4、所述處理及控制單元根據(jù)所述光電探測器輸出的光電流最大時(shí)刻可調(diào)諧FBG單元的外加電壓值，以及可調(diào)諧FBG單元的外加電壓與其布拉格周期之間的線性關(guān)系，計(jì)算所述可調(diào)諧FBG單元的布拉格周期，再根據(jù)所述光電探測器輸出的光電流最大時(shí)刻所述FBG傳感器與可調(diào)諧FBG單元的布拉格周期相同，從而得到待測FBG傳感器的布拉格周期，即解調(diào)結(jié)果。

其中，在步驟S4之后還包括將所述解調(diào)結(jié)果輸出并顯示。

其中，所述處理及控制單元控制電源產(chǎn)生周期性電壓輸出，從而使可調(diào)諧FBG單元的外加電壓產(chǎn)生周期性變化。

其中，所述周期性電壓為鋸齒形電壓或正弦形電壓，相應(yīng)地，所述周期性變化為鋸齒形或正弦形變化。

(三)有益效果