[發明專利]光纖光柵溫度/應變傳感系統及其解調方法

有效

• 申請號: 201711458534.9
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108120525B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 劉慶文;何祖源;趙雙祥
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01B11/16;G01D5/353
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種光纖光柵溫度/應變傳感系統，其特征在于，包括：依次相連的窄線寬激光光源模塊、相位調制模塊、環形器和作為光學諧振腔的有源光纖光柵模塊，其中：環形器的輸岀端依次設有光電轉換模塊、鎖相放大器和反饋控制模塊，反饋控制模塊的輸岀端與窄線寬激光光源模塊的控制端相連，窄線寬激光光源模塊產生的種子激光通過相位調制模塊產生邊帶后，經環形器以及有源光纖光柵模塊中的波分復用器注入受到泵浦光激發的有源光纖光柵；返回光與環形器相連的光電轉換模塊進行光電轉換得到拍頻信號，由鎖相放大器提取出相位調制頻率處的分量，即反映窄線寬激光與有源光纖光柵的中心頻率偏差的誤差信號，反饋控制模塊籍由誤差信號產生反饋電壓信號以控制窄線寬激光的中心頻率，實現窄線寬激光與有源光纖光柵之間的注入鎖定。

2.根據權利要求1所述的光纖光柵溫度/應變傳感系統，其特征是，所述的反饋控制模塊包括：依次連接的數據采集卡、用于輸出反饋電壓信號的任意波形發生器、用于解析采集到的數據并生成反饋指令以控制數據采集卡和任意波形發生器的計算單元和壓電控制器，其中：數據采集卡對輸入的電信號進行采樣，壓電控制器實現對反饋電壓信號的線性放大。

3.根據權利要求2所述的光纖光柵溫度/應變傳感系統，其特征是，所述的反饋電壓信號，進一步包括有源光纖光柵的中心頻率漂移信息，即包含了作用于有源光纖光柵上的溫度/應變信號。

4.根據權利要求1所述的光纖光柵溫度/應變傳感系統，其特征是，所述的窄線寬溦光光源模塊采用：帶有可調光衰減器的窄線寬光纖激光器。

5.根據權利要求1所述的光纖光柵溫度/應變傳感系統，其特征是，所述的有源光纖光柵模塊包括：波分復用器和與之相連的有源光纖光柵。

6.根據權利要求5所述的光纖光柵溫度/應變傳感系統，其特征是，所述的有源光纖光柵模塊中進一步設有泵浦激光器，該泵浦激光器經波分復用器與有源光纖光柵相連。

7.一種基于權利要求6所述系統的相位調制光外差穩頻方法，其特征在于，通過對單頻激光進行相位調制，將得到的載波和兩個一階邊帶注入光學諧振腔；籍由光學諧振腔的傳輸特性對載波光與邊帶光產生不同的調制；然后從光學諧振腔的返回光的拍頻信號中提取在相位調制頻率處的分量作為縱坐標，以頻率偏差為橫坐標得到鑒頻曲線；最后通過閉環反饋控制單頻激光或者光學諧振腔的中心頻率，使得兩者保持對準和鎖定。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征是，所述的調制包括：改變相位與強度，改變量是頻率的函數。

9.根據權利要求7所述的方法，其特征是，所述的傳輸特性是指有源光纖光柵的反射強度譜與相位譜。

10.根據權利要求7所述的方法，其特征是，所述的鑒頻曲線是指：誤差信號與頻率偏差的關系曲線，通過控制窄線寬激光光源模塊進行線性掃頻，采集到的拍頻信號中提取在相位調制頻率處的分量與時間作圖，即鑒頻曲線。

11.一種基于權利要求7～10中任一所述方法的注入鎖定應用，其特征在于，將窄線寬激光光源模塊發出的激光注入到光纖光柵溫度/應變傳感系統的泵浦激光器中用于鎖定泵浦激光器的中心頻率，當窄線寬溦光光源模塊與泵浦激光器頻率差在注入鎖定范圍內，則泵浦激光器的中心波長將與窄線寬激光光源模塊保持鎖定，且鎖定后窄線寬溦光光源模塊與泵浦激光器之間的相位差取決于兩者之間的中心頻率偏差。

12.根據權利要求11所述的應用，其特征是，所述的窄線寬激光光源模塊采用窄線寬單頻激光器，泵浦激光器采用具有泵浦激光器并激活增益的有源光纖光柵。

13.根據權利要求11所述的應用，其特征是，所述的注入鎖定應用，在鎖定范圍內，相位差與中心頻率偏差具有近似線性的關系；窄線寬溦光光源模塊與泵浦激光器之間的注入鎖定范圍，即其中：τ_p為光子在腔中的壽命、P_in是指窄線寬激光光源模塊注入到泵浦激光器的光功率，P是在有外部光注入下，泵浦激光器輸出的光功率。