專利名稱：光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，尤其是涉及一種能增強(qiáng)測(cè)量值重復(fù)性的 光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，用于自動(dòng)化測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)領(lǐng)域的眾多行業(yè)中，光纖傳感器由于其本質(zhì)安全特性，特別適合于易燃、易 爆、強(qiáng)電磁場(chǎng)場(chǎng)所的傳感應(yīng)用要求，可以方便、準(zhǔn)確和有效地對(duì)各種環(huán)境尤其是各種惡劣環(huán) 境中有關(guān)物理量、化學(xué)量和生物量的檢測(cè)。光纖信息容量大，在一根光纖上可制備多個(gè)甚 至數(shù)百個(gè)探測(cè)點(diǎn)，并可進(jìn)行時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控。光纖自身 體積小、纖細(xì)柔軟，特別適用于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)空間的檢測(cè)，也可埋入材料、結(jié)構(gòu)件和工程設(shè) 施內(nèi)部，在其工作期間實(shí)現(xiàn)它們的狀態(tài)自診斷而不損壞其結(jié)構(gòu)。通過在光纖中形成光柵而 制備的光纖光柵傳感器，由于其傳感信號(hào)以波長(zhǎng)調(diào)制，不受光強(qiáng)、連接損耗等因素影響，因 而具有高可靠性、高靈敏度與高精度，同時(shí)易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸?shù)鹊?，光纖傳感器的這些傳 感機(jī)制和特點(diǎn)，使其可以廣泛地用于大型建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、電力、水利、石油、化工、冶金、核工 業(yè)、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。光纖光柵傳感器的中心波長(zhǎng)通常與其所受的溫度和應(yīng)變相關(guān)，在不受應(yīng)力的情況 下，光纖光柵的中心波長(zhǎng)只與溫度相關(guān)，因此根據(jù)此原理，只要測(cè)量出光纖光柵傳感器的中 心波長(zhǎng)，就可以計(jì)算出溫度值，因此可以將光纖光柵制作成光纖光柵溫度傳感器和光纖光 柵應(yīng)變傳感器。而光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)通常由光纖光柵傳感器、光纖光柵解調(diào)儀和計(jì)算機(jī)組成，基 于可調(diào)法布里_珀羅濾波器原理的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的核心器件為可調(diào)法布里_珀羅濾 波器，可調(diào)法布里-珀羅濾波器(Fabry-Perot濾波器)的功能是當(dāng)一束寬帶光入射F-P 腔，只有滿足一定條件的窄帶光通過(該窄帶光的譜寬小于0. 3nm)，透射光譜的中心波長(zhǎng) 與F-P腔的腔長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)，而F-P腔的腔長(zhǎng)又是和驅(qū)動(dòng)電壓相對(duì)應(yīng)的，因此在不同的電壓驅(qū)動(dòng) 下，有中心波長(zhǎng)不同的窄帶光通過F-P濾波器。但是，由于可調(diào)法布里-珀羅濾波器的結(jié)構(gòu) 是由兩塊互相平行的玻璃或石英板、兩個(gè)透鏡和壓電體組成，壓電體具有蠕變性和回滯性 等非線性特征，正是這些特征使得波長(zhǎng)的測(cè)量值的重復(fù)性很差，另一方面雖然光在光纖中 的傳播速度很快，但是在長(zhǎng)距離的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)中，光纖長(zhǎng)度對(duì)測(cè)量值的影響仍然不 能忽視。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠自動(dòng)消除光纖長(zhǎng) 度對(duì)測(cè)量值的影響，使得測(cè)量值重復(fù)性好的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的—種光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，包括光纖光柵傳感器、光纖光柵解調(diào)儀和計(jì)算機(jī)，其中， 光纖光柵解調(diào)儀連接多個(gè)測(cè)量通道，每個(gè)測(cè)量通道與多個(gè)光纖光柵傳感器連接，而光纖光
3柵解調(diào)器則與計(jì)算機(jī)連接，其特征在于，所述的光纖光柵解調(diào)儀包括寬帶光源、法布里_珀 羅濾波器、光路耦合器、光電探測(cè)器、高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具、掃描電壓電路、信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù) 采集處理模塊，其中，寬帶光源與法布里_珀羅濾波器連接，法布里_珀羅濾波器與一分光 光路連接，所述的分光光路包括一個(gè)1 XN光路耦合器和多個(gè)1 X 2光路耦合器，其中，多個(gè) 1 χ 2光路耦合器分別連接到光電探測(cè)器，而1XN光路耦合器的其中一路光路則和高穩(wěn)定 性標(biāo)準(zhǔn)具相連，高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具同時(shí)和光路探測(cè)器相連，而光電探測(cè)器則通過信號(hào)調(diào)理電 路與數(shù)據(jù)采集處理模塊連接。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型所述的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)置高穩(wěn)定性 標(biāo)準(zhǔn)具，其波長(zhǎng)基本不受環(huán)境的影響，且該高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具的波長(zhǎng)范圍很寬，完全能覆蓋 1525 1565nm的波長(zhǎng)范圍，同時(shí)本實(shí)用新型可對(duì)每次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正，從而消除了由 于可調(diào)法布里_珀羅濾波器的蠕變性和回滯性所造成的影響，使測(cè)量值達(dá)到了很好的重復(fù) 性。

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型所述的光纖光柵解調(diào)儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中主要附圖標(biāo)記含義為1、計(jì)算機(jī)2、光纖光柵解調(diào)儀 3、光纖光柵傳感器21、法布里-珀羅濾波器22、IXN光路耦合器23、1X2光路耦合器24、高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具 25、光電探測(cè)器 26、信號(hào)調(diào)理電路27、數(shù)據(jù)采集處理模塊 28、掃描電壓電路 29、寬帶光源
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，包括光纖光柵傳感器3、光纖光柵解調(diào)儀2和計(jì) 算機(jī)1，其中，光纖光柵解調(diào)儀2上有多個(gè)測(cè)量通道，每個(gè)測(cè)量通道與若干個(gè)光纖光柵傳感 器3連接，而光纖光柵解調(diào)儀2與計(jì)算機(jī)1之間則通過高速數(shù)據(jù)通信接口連接。另外，光纖 光柵解調(diào)儀2可以接收計(jì)算機(jī)1的控制命令，也可以將其各測(cè)量通道的測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì) 算機(jī)1進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算和圖形顯示等，計(jì)算機(jī)1具有參數(shù)設(shè)置、圖形顯示、過程線顯示、數(shù)據(jù) 計(jì)算、數(shù)據(jù)表格顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)導(dǎo)出和數(shù)據(jù)報(bào)警等功能，測(cè)量數(shù)據(jù)每隔一定時(shí)間刷新 一次。圖2為本實(shí)用新型所述的光纖光柵解調(diào)儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示所述的光纖光柵解調(diào)儀2包括寬帶光源29、法布里-珀羅濾波器21、 光路耦合器、光電探測(cè)器25、高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具24、掃描電壓電路28、信號(hào)調(diào)理電路26和數(shù) 據(jù)采集處理模塊27，其中，寬帶光源29與法布里-珀羅濾波器21連接，法布里-珀羅濾波 器21與一分光光路連接，所述的分光光路包括一個(gè)IXN光路耦合器22和多個(gè)1X2光路 耦合器23，其中，多個(gè)1 X 2光路耦合器22分別連接到光電探測(cè)器25，而1 XN光路耦合器 的其中一路光路則和高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具24相連，高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具24同時(shí)和光路探測(cè)器25相連，而光電探測(cè)器25則通過信號(hào)調(diào)理電路26與數(shù)據(jù)采集處理模塊27連接。寬帶光源(ASE光源)又稱為放大自輻射光源，其是基于半導(dǎo)體激光器泵浦摻餌 光纖產(chǎn)生自發(fā)輻射光原理，寬帶光源的波譜范圍1525 1565nm，可調(diào)法布里一珀羅濾波器 21 (Fabry-Perot濾波器)的功能是當(dāng)一束寬帶光入射F-P腔時(shí)，只有滿足一定條件的窄 帶光出射(該窄帶光的譜寬小于0. 3nm)，出射光譜的中心波長(zhǎng)與F-P腔的腔長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)，而 F-P腔的腔長(zhǎng)又是和驅(qū)動(dòng)電壓相對(duì)應(yīng)的，因此不同的驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)不同中心波長(zhǎng)的窄帶光 射出F-P濾波器，上述的掃描電壓電路28給F-P濾波器提供特定波形的掃描電壓，1 XN光 路耦合器22為1X5分光器，其中一路光路連接高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具24，該高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具24 的波譜范圍覆蓋了寬帶光源的全部波譜范圍，每個(gè)波峰之間的間隔為100GHz，即0. 8nm，則 在1525 1565nm范圍大約有40個(gè)波峰，1 X 2光路耦合器分別連接測(cè)量通道，各個(gè)測(cè)量通 道的反射光經(jīng)1X2光路耦合器分別連接到光電探測(cè)器25，高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具24的透射光也 連接到光電探測(cè)器25，光電探測(cè)器25的功能是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)后續(xù)放大電路轉(zhuǎn)換成模擬 電壓，信號(hào)調(diào)理電路26的作用是I/V轉(zhuǎn)換，信號(hào)放大及濾波，而數(shù)據(jù)采集處理模塊27的功 能是對(duì)信號(hào)調(diào)理電路26的模擬輸出電壓進(jìn)行A/D采樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)它控制掃描電壓電 路28輸出指定的電壓波形，另外，數(shù)據(jù)采集處理模塊27通過高速數(shù)據(jù)通信接口和計(jì)算機(jī)1 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。帶光纖長(zhǎng)度修正的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)置高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具24，其波長(zhǎng)基本不受環(huán) 境的影響，且該高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具的波長(zhǎng)范圍很寬，完全能覆蓋1525 1565nm的波長(zhǎng)范圍， 本實(shí)用新型對(duì)每次測(cè)量結(jié)果都進(jìn)行了校正，從而消除了由于可調(diào)法布里-珀羅濾波器21的 蠕變性和回滯性所造成的影響，達(dá)到了很好的重復(fù)性。以上已以較佳實(shí)施例公開了本實(shí)用新型，然其并非用以限制本實(shí)用新型，凡采用 等同替換或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，包括光纖光柵傳感器、光纖光柵解調(diào)儀和計(jì)算機(jī)，其中，光纖光柵解調(diào)儀連接多個(gè)測(cè)量通道，每個(gè)測(cè)量通道與多個(gè)光纖光柵傳感器連接，而光纖光柵解調(diào)器則與計(jì)算機(jī)連接，其特征在于，所述的光纖光柵解調(diào)儀包括寬帶光源、法布里 珀羅濾波器、光路耦合器、光電探測(cè)器、高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具、掃描電壓電路、信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集處理模塊，其中，寬帶光源與法布里 珀羅濾波器連接，法布里 珀羅濾波器與一分光光路連接，所述的分光光路包括一個(gè)1×N光路耦合器和多個(gè)1×2光路耦合器，其中，多個(gè)1×2光路耦合器分別連接到光電探測(cè)器，而1×N光路耦合器的其中一路光路則和高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具相連，高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具同時(shí)和光路探測(cè)器相連，而光電探測(cè)器則通過信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集處理模塊連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，包括光纖光柵傳感器、光纖光柵解調(diào)儀和計(jì)算機(jī)，光纖光柵解調(diào)儀包括寬帶光源、法布里-珀羅濾波器、光路耦合器、光電探測(cè)器、高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具、掃描電壓電路、信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集處理模塊，寬帶光源與法布里-珀羅濾波器連接，所述的分光光路包括一個(gè)1×N光路耦合器和多個(gè)1×2光路耦合器，其中，多個(gè)1×2光路耦合器分別連接到光電探測(cè)器，而1×N光路耦合器的其中一路光路則和高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具相連，高穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具同時(shí)和光路探測(cè)器相連，而光電探測(cè)器則通過信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集處理模塊連接。本實(shí)用新型消除了由于可調(diào)法布里-珀羅濾波器的蠕變性和回滯性所造成的影響，達(dá)到了很好的重復(fù)性。
文檔編號(hào)G02F2/00GK201654405SQ201020141018
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者劉果, 葉宗順, 李桂平, 王軍濤, 鄒念椿 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院;南京南瑞集團(tuán)公司