[發明專利]基于級聯長周期光柵的波長匹配的雙FBG解調系統

在審

• 申請號: 201410785324.0
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104535090A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 鄒紅波;王飛
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01D3/028
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

技術領域

本發明涉及光纖通信、光纖傳感等領域，具體地講是一種基于級聯長周期光柵的波長匹配的雙FBG解調系統。

背景技術

光纖布拉格光柵(FBG)傳感器作為一種較為成熟的光學傳感元件，能夠有效克服常規傳感系統在長期穩定性、耐久性、抗電磁干擾和分布式等方面的不足，且對溫度和應變等環境參量具有較高的靈敏度，易于埋入智能結構內部實現結構的健康檢測。波長解調技術是FBG傳感系統的關鍵技術之一。通常采用光纖光柵匹配濾波法、可調諧法布里珀羅腔法等進行波長編碼的解調。其中光纖光柵匹配濾波法結構簡單但精度不高；可調諧法布里珀羅腔法精度較高但價格昂貴。級聯長周期光纖光柵(CLPG)是由兩個參數相同的均勻長周期光纖光柵(LPG)和一段普通單模光纖連接而成，級聯后可以獲得比單個LPG更好的光譜性能。采用級聯長周期光纖光柵搭建了FBG解調系統，雖然該系統具有價格低、結構簡單、解調速度快。但被監測信號中往往摻雜有光源抖動以及系統其它不穩定因素等帶來的噪聲，給系統帶來較大誤差，降低了系統的精度。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明利用CLPG的寬譜特性，提出了一種基于級聯長周期光柵的波長匹配的雙FBG解調系統，利用級聯長周期光纖光柵的寬譜特性，在級聯長周期光柵透射譜正負斜率線性區域內各監測一個FBG中心波長處的信號功率變化，從而消除了除噪聲帶來的不利影響，提高被監測信號的精度。

本發明采取的技術方案為：

基于級聯長周期光柵的波長匹配的雙FBG解調系統，寬帶光源發出的光經過級聯長周期光纖光柵CLPG濾波后，再經第一Y型光纖耦合器分為兩路光：一路光經第二Y型光纖耦合器和第一光纖布拉格光柵FBG傳感器后，反射光經過第一光電檢測模塊轉化為第一路光強信號；另一路光經第三Y型光纖耦合器和第二光纖布拉格光柵FBG傳感器后，反射光經過第二光電檢測模塊轉化為第二路光強信號，第一路光強信號、第二路光強信號經過數據采集卡后，送入PC機進行處理。

所述級聯長周期光纖光柵CLPG由至少兩個長周期光柵串聯而成，且每個長周期光柵中心波長相同，串聯后的級聯長周期光柵的透射光譜與光纖布拉格光柵FBG的反射光譜相交，該交點位于級聯長周期光纖光柵CLPG透射光譜線性段內。

所述寬帶光源的波長范圍為1200nm～1600nm。

所述第二Y型光纖耦合器、第三Y型光纖耦合器分別包括三個端口：1#端口、2#端口、3#端口，其中1#端口連接光纖布拉格光柵FBG、2#端口連接輸入光、3#端口為光纖布拉格光柵FBG的反射光端口。

所述第一光電檢測模塊、第二光電檢測模塊均：由光電探測器、溫度補償電路、調零電路、兩級放大電路和外界輸出接口依次連接組成。

本發明基于級聯長周期光柵的波長匹配的雙FBG解調系統，技術效果如下：

1)、本發明提出的基于級聯長周期光柵的波長匹配的雙FBG解調方案，利用了CLPG的寬譜特性，在CLPG透射譜正負斜率線性區域內各監測一個FBG中心波長處的信號功率變化，消除了被監測信號中往往摻雜有光源抖動以及系統其它不穩定因素等帶來的噪聲影響，因此較大的提高了系統的精度。

2)本發明采用光強解調法，將光纖布拉格光柵中心波長的變化轉變為光強的變化，由光電探測器將光信號轉變為電信號，方便測量結果的記錄，存儲和控制。光電探測器和調理電路方便制成模塊，改變光纖布拉格光柵與匹配長周期光柵可以采用該模塊化的電路，節省成本。

附圖說明

圖1是本發明基于級聯長周期光柵的波長匹配的雙FBG解調系統示意圖。

圖2是本發明兩個FBG和CLPG的光譜圖。

圖3是本發明的耦合器的連接示意圖。

圖4是本發明高溫情況下第一FBG、第二FBG的反射光強(通過光電探測器用電壓V1、V2反映)隨溫度變化的工作曲線。

圖5是本發明根據V1和V2可得V＝V1-V2與高溫關系曲線。

具體實施方式

基于級聯長周期光柵的波長匹配的雙FBG解調系統，寬帶光源1發出的光經過級聯長周期光纖光柵CLPG濾波后，再經第一Y型光纖耦合器3分為兩路光：一路光經第二Y型光纖耦合器4和第一光纖布拉格光柵FBG傳感器5后，反射光經過第一光電檢測模塊6轉化為第一路光強信號；另一路光經第三Y型光纖耦合器7和第二光纖布拉格光柵FBG傳感器8后，反射光經過第二光電檢測模塊9轉化為第二路光強信號，第一路光強信號、第二路光強信號經過數據采集卡10后，送入PC(11)機進行處理。