[發明專利]陣列式多通道光纖法珀壓力傳感裝置及壓力測量方法

有效

• 申請號: 201210282641.1
• 申請日: 2012-08-09
• 公開（公告）號: CN102829902A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 劉鐵根;江俊峰;王雙;劉琨;尹金德;王少華;孟祥娥;張以謨;吳凡;秦尊琪
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L11/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

技術領域

本發明涉及光纖傳感領域，特別是涉及一種基于LED光源調制的陣列式多通道光纖法珀壓力傳感裝置及其壓力測量方法。

背景技術

光纖法珀壓力傳感器通常由光纖端面和膜片端面構成法布里-珀羅微諧振腔，壓力作用在膜片上使膜片變形，導致法珀腔長發生變化，從而實現傳感。由于這樣的結構特點使得光纖法珀壓力傳感器不能像光纖光柵那樣實現串聯波分復用，其多通道的實現需要通過光開關切換。光開關是光纖傳輸中光交換系統的常用器件，廣泛應用于多通道光纖傳感系統。光開關可分為機械式和非機械式兩大類，機械式光開關靠光纖或光學元件移動，使光路發生改變而實現通道切換，其優點是插入損耗較低，隔離度高，不受偏振和波長的影響，缺點是開關時間較長，切換瞬間光功率抖動，切換次數有限以及重復性較差。非機械式光開關依靠電光效應、磁光效應、聲光效應以及熱光效應來改變波導折射率，使光路發生改變，這類光開關的優點是開關時間短，可達到毫秒甚至更短，但由于器件材料的光學特性限制，通常光譜工作譜寬窄，且不能工作于可見光波段。

發明內容

基于上述現有技術存在的問題，本發明提出了一種新型的陣列式多通道光纖法珀壓力傳感裝置及壓力測量方法，通過LED光源陣列和光纖法珀傳感器陣列構建陣列式光纖法珀多通道傳感裝置結構，對每個LED光源快速調制，實現單個解調光路對多個光纖法珀壓力傳感器的順序解調，達到高速切換、低損耗、高可靠性、多通道光纖法珀傳感目的。

本發明提出了一種陣列式多通道光纖法珀壓力傳感裝置，該裝置從輸入到輸出端依序設置LED光源調制模塊1、LED光源2構成的LED光源陣列3、光纖耦合器4構成的光纖耦合器陣列5、光纖法珀傳感器6構成的光纖法珀傳感器陣列7、光纖陣列8、光楔9、線陣CCD10構成的解調光路模塊以及信號處理單元11，其中：

LED光源陣列3，用于提供傳感檢測寬帶光源；

LED光源調制模塊1，用于產生LED光源調制信號，對各個LED光源依據調制信號進行切換，使LED光源陣列中的各個LED光源依次發光和熄滅；

光纖法珀傳感器陣列7，用于感受外界壓力變化，將壓力轉化為法珀腔信息，不同壓力對應不同法珀腔腔長；

光纖耦合器陣列5：用于將LED光源陣列發出的光引入到光纖法珀傳感器陣列，并將光纖法珀傳感器陣列返回的光引入到解調光路模塊中；

解調光路模塊，用于接收光纖耦合器陣列返回的光信號，并將低相干干涉信號轉化成電信號，其中光纖陣列8將光纖耦合器陣列返回的信號并行導入到解調光路中；

信號處理單元；基于嵌入式系統或計算機，用于從電信號中提取出腔長信息，并對應成壓力測量結果；

一個LED光源2、一個光纖法珀傳感器6和一個光纖耦合器4構成一路壓力傳感通道，預先對每一路壓力傳感通道進行傳感信號標定，該傳感信號標定值即該通道光纖法珀傳感器腔長與解調光路中線陣CCD10所采集干涉條紋位置的對應關系，作為信號處理單元11的解調依據。

所述光纖陣列8的光纖輸出端12按一定點陣形狀排列，包括單排一字點陣排列結構、雙排點陣排列結構以及多排點陣或圓形點陣排列結構。

所述LED光源調制模塊1輸出調制頻率在10Hz到40kHz的調制信號。

所述通道的數量設計成3至64路通道。

所述光纖耦合器采用1×2多模光纖耦合器，光纖規格包括50/125μm、62.5/125μm、80/125μm或100/125μm。

利用陣列式多通道光纖法珀壓力傳感裝置的壓力測量方法，該方法包括以下步驟；

步驟一、將一個LED光源2、一個光纖法珀傳感器6和一個光纖耦合器4構成一路壓力傳感通道，預先對每一路壓力傳感通道進行傳感信號標定，該傳感信號標定值為該通道光纖法珀傳感器腔長與解調光路中線陣CCD10所采集干涉條紋位置的對應關系，作為信號處理單元11的解調依據。

步驟二、進行采集處理，即LED光源調制模塊1產生LED光源調制信號，使某一時刻LED光源陣列3中的一個LED光源2發光，其它LED光源2無光輸出；該路LED光源2輸出的光通過與其相連的光纖耦合器4到達光纖法珀傳感器6，使壓力信號調制到光信號；光信號再次通過光纖耦合器6導入到光纖陣列8中的對應光纖，并通過光纖陣列8的光纖輸出端12進入解調光路模塊；

步驟三、光信號通過解調光路模塊的光楔9形成空間低相干干涉條紋，并被線陣CCD10接收，線陣CCD的信號輸出與LED光源調制信號保持同步；