[發(fā)明專利]一種基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210222826.3
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102735270A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶蒙蒙;楊鵬翎;陳紹武;葉錫生;王振寶;吳勇;武俊杰;馮國斌
• 申請（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G02F2/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖光柵（FBG）時域解調(diào)裝置，尤其涉及一種基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置。

背景技術(shù)

光纖光柵傳感是利用光纖光柵本身諧振波長的變化來反映外界相關(guān)物理量的變化。因此，對光纖光柵波長的解調(diào)是實現(xiàn)光纖光柵傳感的關(guān)鍵。一般應(yīng)用中，光纖光柵波長的漂移都在pm量級，所以就要求解調(diào)方法有較高的波長分辨率。另外，為了適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用，解調(diào)裝置還要具有便攜，易于操作、維修等特點。

目前，由各種各樣針對光纖光柵的解調(diào)方法，如CCD分光計法、光纖光柵匹配法、干涉儀檢測法和F-P腔濾波法等。從解調(diào)系統(tǒng)所采用的光源可以將各種解調(diào)方法分為寬帶光源法和可調(diào)諧光源法兩大類。隨著可調(diào)諧濾波器的不斷發(fā)展，可調(diào)諧光源法已經(jīng)具有與寬帶光源法相同的掃描寬度，但是在信噪比以及靈敏度等方面則優(yōu)勢明顯。

2002年，韓國Chi-Young?Ryu等人在“Development?of?fiber?Bragg?grating?sensor?system?using?wavelength-swept?fiber?laser”一文中提出了一種采用基于可調(diào)諧F-P腔的波長掃描激光器作為光源，利用F-P標(biāo)準(zhǔn)具對掃描范圍進(jìn)行劃分、定標(biāo)，并使用一個參考FBG用作溫度補(bǔ)償?shù)牟ㄩL解調(diào)系統(tǒng)。該方法能夠準(zhǔn)確的對FBG波長進(jìn)行解調(diào)，且系統(tǒng)信噪比高、解調(diào)精度高。但是，由于F-P標(biāo)準(zhǔn)具的諧振波長與參考FBG反射波長不重合，因此對波長的定標(biāo)就比較困難；當(dāng)溫度發(fā)生變化時，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具的諧振波長間隔就會相應(yīng)的發(fā)生變化，定標(biāo)就會產(chǎn)生很大的誤差；此外，該系統(tǒng)只能給出傳感FBG波長變化的相對值，而無法給出絕對值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種簡易的光纖光柵時域解調(diào)裝置，解決現(xiàn)有解調(diào)裝置中存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，解調(diào)精度不高，難以給出波長絕對值等的不足。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：

一種基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置，包括可調(diào)諧激光器、測量光路、參考光路和光電探測單元，其中光電探測單元包括一只光電探測器及與光電探測器輸出端相連的電信號測量裝置；測量光路包括一只測量光纖環(huán)形器和間隔分布在測量光纖環(huán)形器信號端的n只測量光纖光柵，其中n只測量光纖光柵的中心波長分別為λx₁～λx_n；參考光路包括一只參考光纖環(huán)形器和間隔分布在參考光纖環(huán)形器參考端的m只參考光纖光柵，其中m只參考光纖光柵的中心波長分別為λ₁～λ_m，可調(diào)諧激光器輸出激光至兩只光纖環(huán)形器的輸入端，兩只光纖環(huán)形器的輸出端輸出激光至光電探測器的光敏元；光纖光柵中心波長滿足下列條件：

min{λx₁,λx_n}≥min{λ₁,λ_m}且max{λx₁,λx_n}≤max{λ₁,λ_m}。

上述基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置中，可調(diào)諧激光器輸出端經(jīng)1×2光纖分束器與兩只光纖環(huán)形器輸入端相連。

上述基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置中，兩只光纖環(huán)形器輸出端經(jīng)2×1光纖合束器與光電探測器相連。

上述基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置中，可調(diào)諧激光器為環(huán)形腔光纖激光器或直線腔光纖激光器，采用可調(diào)諧F-P腔實現(xiàn)波長調(diào)諧。

上述基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置中，參考光纖光柵設(shè)置在恒溫裝置中。

上述基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置中，可調(diào)諧激光器的輸出波長為1.5μm波段，調(diào)諧范圍不小于50nm，可調(diào)諧F-P腔的掃描頻率為0.5-1.5kHz。

上述基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置中，測量光纖光柵以等光程均布在測量光纖環(huán)形器信號端，參考光纖光柵以等光程均布在測量光纖環(huán)形器參考端。

上述基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置中，參考光纖通道F-P腔掃描線性區(qū)域內(nèi)對應(yīng)光纖光柵的波長間隔大于在F-P腔掃描非線性區(qū)域內(nèi)對應(yīng)光纖光柵的波長間隔。

上述基于波長掃描的主動式光纖光柵時域解調(diào)裝置中，可調(diào)諧F-P腔由函數(shù)發(fā)生器驅(qū)動，其掃描方式為鋸齒波掃描或三角波掃描。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明的測量裝置實現(xiàn)了對FBG反射波長的絕對解調(diào)，且解調(diào)精度高，可達(dá)亞皮米量級。