[發明專利]一種基于射頻光調制的高精度光纖光柵傳感檢測結構

有效

• 申請號: 201110252576.3
• 申請日: 2011-08-30
• 公開（公告）號: CN102322888A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 宋牟平;沈逸銘;湯贇;張偉峰;勵志成;謝杭
• 申請（專利權）人: 杭州布里特威光電技術有限公司
• 主分類號: G01D5/38
• 分類號: G01D5/38
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所 33230
• 代理人: 陳輝

技術領域

本發明涉及光纖布拉格光柵傳感，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

由于光纖光柵具有精度高、抗干擾能力強等特點，國內外已經有了很好的發展。例如專利CN1384341A公開了一種壓力與溫度同時檢測的光纖光柵傳感器，專利1904658A公開了一種光纖布拉格光柵傳感器的相干復用方法及其設備。這些公開很好的介紹了一些光纖光柵傳感的方法，但其還有較多限制，例如難以實現高精度的光纖光柵測量，特別是采用波長可調光源的光纖光柵檢測方法，由于可調波長光源難以實現精確的快速光波長/頻率移動，造成采用此種方案的光纖光柵傳感器難以實現高精度快速的傳感檢測。雖然采用光鎖相光源可得到高精度的光波長/頻率變化，但其實現的高技術難度和成本難以滿足實際應用的需要。

國內有一些專利也公開了光纖光柵檢測的方法，如CN2760526Y公開的分布式光纖光柵溫度檢測系統其特征之一是利用可調諧光纖濾波器調制光源；CN101586986A公開的一種高精度光纖光柵波長解調系統其特征在于光濾波器和光電探測器的結合；CN201656245公開的光纖傳感波長可調諧光源通過多只中心波長不同的激光二極管和濾波器結合產生可調波長的光源，但精度不高。

微波電光調制產生光頻移的光纖傳感方法也有被提出，（宋牟平，34km傳感長度的布里淵光時域反射計的設計與實現：儀器儀表學報，1155-1158，2005），利用了微波電光調制器對參考光進行調制得到高精度波長的參考光，用于布里淵散射分布式光纖傳感器。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于射頻光調制的高精度光纖光柵傳感檢測結構。

本發明所要解決的技術問題是提供一種成本低、易實現的高精度光纖光柵波長解調（或傳感檢測）結構，一般光信號的頻率難以精確控制，電信號的頻率可以實現高精度的控制，采用射頻電信號光調制產生高精度的光頻移，結合可調波長光源，可實現寬波長范圍的高精度光波長/頻率移動。再加上容易引入一路參考光，融合光相干檢測技術，可提高檢測信噪比。從而可實現高性價比的技術方案。

本發明的一種基于射頻光調制的高精度光纖光柵傳感檢測結構，其特征是包括依次相連的波長可調光源、光耦合器、射頻光調制器、脈沖光調制器、光帶通濾波器、光放大器、光環形器、光耦合器、光電檢測器、電子處理器，光環形器與光纖連接。

優選的，光環形器接入光纖光柵陣列。

優選的，所述的光纖光柵陣列，其結構可以是單個光纖光柵，或是多種光纖光柵，當陣列中各光纖光柵的光譜接近時，采用低反射率光纖光柵。

優選的，與波長可調光源相連的光耦合器和光偏振控制器相連。

優選的，與光環形器相連的光耦合器和光偏振控制器相連。

優選的，光環形器還可替換為雙向耦合器。

波長可調光源與光耦合器相連，通過射頻光調制器產生高精度光頻率移動，再通過脈沖光調制器、帶通濾波器、光放大器、光環形器或雙向耦合器接入光纖光柵陣列，從光纖光柵陣列返回的信號光經光耦合器到達光電檢測器進行探測，必要時從光源出來的另一路光，經偏振控制器與信號光匯合后，進行光相干檢測，利用光相干檢測來提高檢測信噪比，光電檢測器連電子處理器。

上述的光纖光柵傳感檢測結構中，可以適應多種光纖光柵陣列，例如光纖光柵組中的每一個光柵可以是中心頻率一致的低反射率光纖光柵，此時脈沖光調制器要進行光調制產生傳感用的光脈沖，使得光脈沖在光纖光纖陣列中傳輸時，在每個時刻光脈沖只能覆蓋一個光纖光柵；或者中心頻率都不一樣的光纖光柵陣列，此時脈沖光調制器可不進行光調制。

上述的光纖光柵傳感檢測結構中，射頻光調制使得檢測光信號頻率/波長精準到電子振蕩器水平，加上使用波長可調光源可拓展波長/頻率移動范圍。

上述光纖光柵傳感檢測結構，還可以通過光耦合器從光源引一路參考光，經過偏振控制器到光電檢測器，來實現光相干檢測，以提高檢測信噪比。

本發明利用光纖布拉格光柵的中心波長隨外界傳感量（如溫度、應力）的變化來進行的傳感檢測。

波長可調光源產生的光進入耦合器并分為兩路，一路探測光經過射頻光調制器得到精確波長/頻率移動的激光，經過脈沖光調制器可得到光脈沖，經過帶通濾波器濾出所需頻率光，再經光放大器進入雙向耦合器，從雙向耦合器一端進入的光信號直接到光纖，在光纖中經光纖光柵反射返回到雙向耦合器，并進入光電檢測器；光耦合器出來的光源的另一路光經過光偏振控制器調整后進入光電檢測器，可實現需要的光相干檢測。利用相干檢測來提高檢測信噪比。利用如下的光纖光柵頻移公式