[發(fā)明專利]基于多波長(zhǎng)低相干光源的光纖法珀傳感器復(fù)用方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310047987.8
• 申請(qǐng)日: 2013-02-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103115636A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江俊峰;劉鐵根;尹金德;劉琨;王雙;吳凡;秦尊琪;宋璐瑤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/353
• 分類號(hào): G01D5/353
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，特別是涉及一種光纖法珀傳感器復(fù)用方法及裝置。

背景技術(shù)

光纖法珀傳感器利用其法珀腔長(zhǎng)的變化實(shí)現(xiàn)位移、壓力、溫度等物理量的傳感測(cè)量，由于其具有尺寸小、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在研究和應(yīng)用領(lǐng)域均受到廣泛關(guān)注。然而，法珀傳感器相比于光纖光柵等其他光纖傳感器，在實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)傳感測(cè)量的傳感復(fù)用時(shí)所使用的技術(shù)比較復(fù)雜。

光纖法珀傳感器多路復(fù)用方法大體可以分為兩類，一類是光程差掃描法，其原理是采用光程差掃描的方法，匹配出各個(gè)不同腔長(zhǎng)傳感器的腔長(zhǎng)值。如M?Singh等(Multiplexed?optical?fibre?Fabry-Perot?sensors?for?strain?metrology,Smart?materials?andstructures1999，8：549–553.)和YichaoChen等(Multiplexed?fiber?Fabry–Perottemperaturesensor?system?using?white-light?interferometry，OpticsLetters,2002,27(11):903-905)將多個(gè)不同腔長(zhǎng)的法珀傳感器串聯(lián)作為傳感單元，再采用邁克爾遜干涉儀進(jìn)行光程差掃描的方法，匹配出每個(gè)法珀傳感器的腔長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)法珀傳感器復(fù)用解調(diào)。另一類是光譜掃描法，其原理是采集并分析法珀傳感器的干涉光譜，計(jì)算法珀腔長(zhǎng)值。如Liu,T等(A?frequencydivision?multiplexed?low-finesse?fiber?optic?Fabry–Perot?sensor?system?for?strain?anddisplacement?measurements,Review?of?Scientific?Instruments71(3):1275-1278.)采用線陣CCD同時(shí)接收不同腔長(zhǎng)法珀傳感器的干涉光譜，再對(duì)干涉光譜進(jìn)行傅里葉變換，得到各個(gè)腔長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的頻譜峰值位置，實(shí)現(xiàn)不同腔長(zhǎng)傳感器的復(fù)用解調(diào)。

上述兩種法珀傳感器復(fù)用方法均建立在不同腔長(zhǎng)傳感器復(fù)用的基礎(chǔ)之上，由于在傳感器的制作過(guò)程中需要精確控制各個(gè)傳感器腔長(zhǎng)，因而制作成本高，效率低。當(dāng)前，基于MEMS加工技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)腔長(zhǎng)一致的非本征光纖法珀傳感器批量化制作，加工成本低，具有推廣價(jià)值。然而，對(duì)于光纖法珀傳感器存在相同腔長(zhǎng)，或腔長(zhǎng)變化過(guò)程中存在交疊的情況，上述復(fù)用方法將不再適用。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于多波長(zhǎng)低相干光源的光纖法珀傳感器復(fù)用方法與裝置，該法珀傳感器復(fù)用方法適用于多路傳感器、多測(cè)量點(diǎn)或多參量的并行與獨(dú)立測(cè)量，實(shí)現(xiàn)位移、壓力、應(yīng)變、溫度、折射率等可轉(zhuǎn)化為法珀腔長(zhǎng)變化的物理量的高精度解調(diào)。

本發(fā)明提出了一種基于多波長(zhǎng)低相干光源的光纖法珀傳感器復(fù)用裝置，該裝置包括光源模塊、3dB耦合器、光纖法珀傳感器單元和解調(diào)單元，各部件組成光路，各部件之間采用多模光纖進(jìn)行光信號(hào)傳輸；其中：所述光源模塊由寬帶光源和N個(gè)不同波長(zhǎng)的濾波片構(gòu)成，即：寬帶光源發(fā)出的光同時(shí)耦合到N根多模光纖中，N為光纖法珀傳感器復(fù)用通道數(shù)；各通道光通過(guò)對(duì)應(yīng)的N個(gè)不同波長(zhǎng)的濾光片，寬帶光源與N個(gè)不同波長(zhǎng)的濾光片構(gòu)成N通道的光源模塊；所述解調(diào)單元包括多通道合束器、解調(diào)干涉儀、光電轉(zhuǎn)換器件、多模光纖、采集卡以及計(jì)算機(jī)；

光源模塊各通道輸出不同波長(zhǎng)的低相干光；N通道光通過(guò)對(duì)應(yīng)的3dB耦合器后，入射到對(duì)應(yīng)光纖法珀傳感器，包含有光纖法珀傳感器腔長(zhǎng)信息的反射光再次經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)3dB耦合器之后，通過(guò)多通道合束器合成一束光，入射到解調(diào)單元：在解調(diào)單元中，解調(diào)干涉儀實(shí)現(xiàn)光程差掃描，并輸出疊加了所有光纖法珀傳感器腔長(zhǎng)信息的低相干干涉條紋；光電轉(zhuǎn)換器件將低相干干涉條紋光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，經(jīng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過(guò)信號(hào)處理，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波分析與判定算法處理，同時(shí)解調(diào)出各光纖法珀傳感器信息，實(shí)現(xiàn)光纖法珀傳感器的復(fù)用。

所述光源模塊另一種構(gòu)成方式是采用N個(gè)不同波長(zhǎng)的LED光源構(gòu)成：直接將N個(gè)不同波長(zhǎng)的LED光源分別耦合到N個(gè)多模光纖之中，構(gòu)成各通道輸出不同波長(zhǎng)低相干光的光源模塊。

根據(jù)光電轉(zhuǎn)換器件感光要求，所述寬帶光源包括白光LED光源、鹵素?zé)簟㈦瘹鉄艉虯SE光源。

所述3dB耦合器選擇多模光纖耦合器；所述光電轉(zhuǎn)換器件，根據(jù)選擇光源光譜波段選擇線陣CCD相機(jī)、線陣CMOS相機(jī)、砷化鎵銦光電探測(cè)器或PIN光電探測(cè)器。

本發(fā)明還提出了一種基于多波長(zhǎng)低相干光源的光纖法珀傳感器復(fù)用方法，包括以下具體步驟：