專利名稱：一種利用線性斜邊濾波器的光纖光柵波長解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用線性斜邊濾波器的光纖光柵波長解調(diào)方法，具體講是一種利用線性斜邊濾波器、波長分用器和光電探測(cè)陣列的光纖光柵波長解調(diào)方法，屬光纖光柵波長解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)寬譜光入射到光纖光柵中時(shí)，光纖光柵所對(duì)應(yīng)的中心波長的光會(huì)被反射回去， 并且光纖光柵所對(duì)應(yīng)的中心波長會(huì)隨著光纖光柵所受溫度、應(yīng)力等外界環(huán)境而改變，利用光纖光柵的這一性質(zhì)把光纖光柵作為傳感器的溫度、應(yīng)變等傳感系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的諸多領(lǐng)域。在光纖傳感系統(tǒng)中，光纖光柵反射回的波長的值需要通過一定的方法解調(diào)，目前常見的解調(diào)方法有匹配濾波法、可調(diào)諧Fabry-Perot腔法等，實(shí)現(xiàn)市場化的有光譜儀、波長計(jì)等產(chǎn)品。根據(jù)目前的市場價(jià)格，適用于光纖傳感系統(tǒng)的光譜儀、波長計(jì)、 價(jià)格在幾萬元到幾十萬元不等。光纖傳感系統(tǒng)的高價(jià)格，在一定程度上限制了光纖傳感系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和場所，影響了光纖傳感系統(tǒng)的市場推廣和進(jìn)一步發(fā)展，如申請(qǐng)專利號(hào)為 CN200710038145. O、發(fā)明名稱為《光纖光柵高溫傳感系統(tǒng)》的專利即屬于此列。而單純的斜邊濾波器解調(diào)法，雖然性價(jià)比高，但是可解調(diào)的光柵容量小，如申請(qǐng)?zhí)枮?00920172889. 6、 發(fā)明名稱為《基于三角形譜光纖光柵的傳感波長解調(diào)器》的專利即屬于此列。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種利用線性斜邊濾波器的光纖光柵波長解調(diào)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種光纖光柵波長解調(diào)裝置，包括ASE光源、隔離器、3dB耦合器、FBG系列、線性斜邊濾波器、波長分用器、光電探測(cè)器陣列、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)和光導(dǎo)纖維，其特征在于ASE 光源位于隔離器之前，隔離器之后放置3db耦合器；3db耦合器的前端通過光纖和線性斜邊濾波器的輸入端相連，其后端通過光纖和一 FBG系列相連；線性斜邊濾波器的輸出端通過光纖與波長分用器相連，波長分用器經(jīng)光纖分別和光電探測(cè)器陣列中的每一個(gè)光電探測(cè)器相連接，使得波長分用器分出的不同波長的光傳到與其對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；每一個(gè)光電探測(cè)器的輸出端連接到一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端上，將光電探測(cè)器輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)；各A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到計(jì)算機(jī)上，對(duì)輸出的各路數(shù)字電信號(hào)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行解調(diào)處理。所述的FBG系列中FBG個(gè)數(shù)為6_10個(gè)；光電探測(cè)器陣列中的光電探測(cè)器個(gè)數(shù)為 6-10個(gè)，分別和FBG系列中的FBG對(duì)應(yīng)。所述的ASE光源是放大自發(fā)輻射光源，是一種波長范圍在1525nm到1565nm的寬譜光。所述的FBG是Fiber Bragg Grating的縮寫，即光纖布拉格光柵。
ASE光源的波長范圍較寬，光譜形狀、功率較為穩(wěn)定，并且價(jià)格較低，可以用作光纖傳感系統(tǒng)的光源。線性斜邊濾波器的輸出光的光強(qiáng)會(huì)隨著輸入光的波長變化而變化，因此可以利用該特征來測(cè)量波長的變化量。具體的說，ASE發(fā)出的光經(jīng)過耦合器入射到一系列FBG中，各個(gè)FBG反射回來的光經(jīng)過耦合器后分為兩路。其中一路入射到隔離器內(nèi)被隔離器衰減，另一路入射到線性斜邊濾波器中被線性斜邊濾波器調(diào)制。經(jīng)線性斜邊濾波器調(diào)制后的一系列FBG反射光波長不同、光強(qiáng)不同，經(jīng)過波長分用器被分到不同的光強(qiáng)傳感器上。光強(qiáng)傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且通過A/D轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)。對(duì)于其中一個(gè)光強(qiáng)傳感器，電信號(hào)的大小與對(duì)應(yīng) FBG的波長成對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此可以通過計(jì)算機(jī)解調(diào)電信號(hào)的大小而實(shí)現(xiàn)波長的解調(diào)。當(dāng)通過本發(fā)明解調(diào)裝置解調(diào)溫度信息來解調(diào)波長時(shí)，在裝置安裝前，在預(yù)定溫度下選擇特定波長的FBG，并且記錄這一系列特定FBG的波長值。將各FBG和與之對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器一一對(duì)應(yīng)起來，記錄此時(shí)的各FBG的波長值以及該FBG對(duì)應(yīng)光電探測(cè)器的電信號(hào)大小。根據(jù)裝置所用的線性斜邊濾波器的傾斜線性，當(dāng)經(jīng)過線性斜邊濾波器的出射光波長不同時(shí)，對(duì)應(yīng)的出射光的強(qiáng)度也會(huì)隨著變化。不同波長的光經(jīng)過波長分用器會(huì)從不同的輸出端輸出，與各輸出端相連的光電探測(cè)器會(huì)檢測(cè)出輸出光的光強(qiáng)，并且轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的強(qiáng)弱。以其中某一路輸出光為例，如果初始標(biāo)定波長時(shí)記錄電信號(hào)強(qiáng)度為Ifee，根據(jù)
斜邊濾波器的作用，則，時(shí)二標(biāo)定=K 為實(shí)時(shí)測(cè)量的電信號(hào)大小，Ifee為波長標(biāo)定時(shí)
實(shí)時(shí)_、示定
測(cè)量出的電信號(hào)大小，λ 為實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)該FBG的反射波長，λ 為標(biāo)定時(shí)該FBG的反射波長，K為線性斜邊濾波器的斜率系數(shù))。因此在系統(tǒng)搭建完成后，對(duì)于某一特定FBG， 由光電探測(cè)器可以測(cè)出I ^^的大小，已知初始標(biāo)定時(shí)的Ifeg、λ fes、K的大小，因此可以得
出A實(shí)時(shí)=+(/實(shí)時(shí)-/標(biāo)定)+/I標(biāo)定。這樣就可以根據(jù)電信號(hào)的大小和標(biāo)定波長、標(biāo)定電信號(hào)的大 K
小，實(shí)現(xiàn)FBG反射波長的解調(diào)一種利用上述裝置進(jìn)行光纖光柵反射波長解調(diào)的方法，步驟如下①將上述裝置連接好，打開ASE光源，使其發(fā)出的光經(jīng)3db耦合器入射到同一光纖上的FBG系列中不同的FBG內(nèi)；②將光電探測(cè)器陣列中的每一個(gè)光電探測(cè)器、A/D轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)的電源接通; 查看記錄裝置所用的線性斜邊濾波器的斜率K ；③在波長為1525nm-1565nm的范圍內(nèi)，選擇初始標(biāo)定溫度下不同波長的6_10個(gè) FBG,分別將這些FBG的波長λ i 記錄下來，將每一個(gè)FBG和可以探測(cè)到該FBG反射光的光電探測(cè)器對(duì)應(yīng)起來，記錄此時(shí)各FBG的波長Xifeg和其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)Iifeg的大小，其中i 表示所選FBG的個(gè)數(shù)的序號(hào)；④在某一時(shí)刻T，讀取在計(jì)算機(jī)上顯示的各個(gè)FBG對(duì)應(yīng)光電探測(cè)器監(jiān)測(cè)到的電信
號(hào)大小Ii實(shí)時(shí)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部程序計(jì)算T時(shí)刻各FBG的波長力實(shí)時(shí)=^(Iim -/ ) +力標(biāo)定，將計(jì)
K
算后的實(shí)時(shí)波長值λ 顯示在計(jì)算機(jī)軟件界面上，其中i表示所選FBG的個(gè)數(shù)的序號(hào)；⑤整理并保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)束。本發(fā)明提出了一種利用線性斜邊濾波器的光纖光柵波長解調(diào)方法。這種波長解調(diào)
方法能替代光譜儀、波長計(jì)的作用，從而降低了光纖傳感系統(tǒng)的成本。并且本發(fā)明提到的利用線性斜邊濾波器和波長分用器的光纖光柵波長解調(diào)的方法能彌補(bǔ)邊緣濾波法系統(tǒng)容量小的問題，在光源譜寬允許的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大容量的光柵解調(diào)。這種解調(diào)方法適用于光纖光柵的溫度、應(yīng)變監(jiān)測(cè)，并且隨著ASE光源、線性斜邊濾波器、波長分路器、光電探測(cè)器的發(fā)展，解調(diào)精度會(huì)越來越高，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的波長解調(diào)儀，將以超大的解調(diào)容量、精確的解調(diào)精度、以及低廉的成本推動(dòng)光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展。由于ASE光源的光譜形狀功率具有一定的穩(wěn)定性，因此該種方法可以廣泛的用來檢測(cè)溫度、應(yīng)變等。本發(fā)明的有益效果可根據(jù)對(duì)上述技術(shù)的具體敘述得知，包含光譜儀、波長計(jì)等解調(diào)模塊的光纖傳感系統(tǒng)價(jià)格在幾萬元到幾十萬元不等，價(jià)格較高使光纖傳感系統(tǒng)的市場受到一定的限制。而采用了利用線性斜邊濾波器和波長分用器的新型光纖傳感系統(tǒng)使傳感系統(tǒng)的價(jià)格得到大幅度的下降。這種系統(tǒng)可以廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域，例如溫度檢測(cè)、應(yīng)變檢測(cè)等，為保障工業(yè)安全生產(chǎn)、日常生活安全發(fā)揮著重要的作用。并且隨著光學(xué)光器件制作工藝的進(jìn)一步發(fā)展，該系統(tǒng)的容量會(huì)進(jìn)一步提高，具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1，ASE光源、2，隔離器、3，3dB耦合器、4，F(xiàn)BG、5，線性斜邊濾波器、6，波長分用器、7，光電探測(cè)器、8、計(jì)算機(jī)、9、光導(dǎo)纖維、10、A/D轉(zhuǎn)換器。圖2是本發(fā)明方法的程序框圖，其中a-e為其各個(gè)步驟。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例1 本發(fā)明實(shí)施例1如圖1所示，包括ASE光源1、隔離器2、3dB耦合器3、FBG系列4、 線性斜邊濾波器5、波長分用器6、光電探測(cè)器陣列7、A/D轉(zhuǎn)換器10、計(jì)算機(jī)8和光導(dǎo)纖維 9，其特征在于ASE光源1位于隔離器2之前，隔離器2之后放置3db耦合器3 ；3db耦合器 3的前端通過光纖和線性斜邊濾波器5的輸入端相連，其后端通過光纖和一 FBG系列4相連線性斜邊濾波器5的輸出端通過光纖與波長分用器6相連，波長分用器6經(jīng)光纖分別和光電探測(cè)器陣列中的每一個(gè)光電探測(cè)器7相連接，使得波長分用器6分出的不同波長的光傳到與其對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器7上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；每一個(gè)光電探測(cè)器7的輸出端連接到一個(gè)A/ D轉(zhuǎn)換器10的輸入端上，將光電探測(cè)器7輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)；各A/D轉(zhuǎn)換器10的輸出端連接到計(jì)算機(jī)8上，對(duì)輸出的各路數(shù)字電信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)8進(jìn)行解調(diào)處理。所述的FBG系列4中FBG個(gè)數(shù)為10個(gè)；光電探測(cè)器陣列中的光電探測(cè)器7個(gè)數(shù)為 10個(gè)，分別和FBG系列4中的FBG對(duì)應(yīng)。實(shí)施例2 和實(shí)施例1相同，只是所述的FBG系列4中FBG的個(gè)數(shù)及光電探測(cè)器陣列中的光電探測(cè)器7個(gè)數(shù)分別為8個(gè)。實(shí)施例3 和實(shí)施例1相同，只是FBG和光電探測(cè)器7的個(gè)數(shù)分別為6個(gè)。實(shí)施例4:
一種利用上述裝置進(jìn)行光纖光柵反射波長解調(diào)的方法，如圖2所示，步驟如下a、將上述裝置連接好，打開ASE光源1，使其發(fā)出的光經(jīng)3db耦合器3入射到同一光纖上的FBG系列中不同的FBG4內(nèi)；b、將光電探測(cè)器陣列中的每一個(gè)光電探測(cè)器7、A/D轉(zhuǎn)換器10和計(jì)算機(jī)8的電源接通；查看記錄裝置所用的線性斜邊濾波器5的斜率K ；C、在波長為的范圍內(nèi)，選擇初始標(biāo)定溫度下波長為1525nm、1528nm、1531nm、 1534nm、1537nm、1540nm、1543nm、1546nm、1549nm、1565nm 的 10 個(gè) FBG，將這些波長記錄下來，每一個(gè)FBG和探測(cè)到該FBG反射光的光電探測(cè)器7對(duì)應(yīng)起來，記錄此時(shí)各FBG的波長λ i 標(biāo)定和其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)Iifee的大小，其中i表示所選FBG的個(gè)數(shù)的序號(hào)；d、在某一時(shí)刻T，讀取在計(jì)算機(jī)上顯示的各個(gè)FBG對(duì)應(yīng)光電探測(cè)器監(jiān)測(cè)到的電信
號(hào)大小Ii實(shí)時(shí)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部程序計(jì)算T時(shí)刻各FBG的波長力實(shí)時(shí)=^Uim -Iiim) +力標(biāo)定，將計(jì)
K
算后的實(shí)時(shí)波長值λ 顯示在計(jì)算機(jī)軟件界面上，其中i表示所選FBG的個(gè)數(shù)的序號(hào)；e、整理并保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)束。實(shí)施例5 和實(shí)施例4相同，只是步驟c中所選FBG的個(gè)數(shù)為8個(gè)，分別為15^nm、1531nm、 1534nm、1537nm、1540nm、1543nm、1546nm、1549nm。
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵波長解調(diào)裝置，包括ASE光源、隔離器、3dB耦合器、FBG系列、線性斜邊濾波器、波長分用器、光電探測(cè)器陣列、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)和光導(dǎo)纖維，其特征在于ASE光源位于隔離器之前，隔離器之后放置3db耦合器；3db耦合器的前端通過光纖和線性斜邊濾波器的輸入端相連，其后端通過光纖和一 FBG系列相連；線性斜邊濾波器的輸出端通過光纖與波長分用器相連，波長分用器經(jīng)光纖分別和光電探測(cè)器陣列中的每一個(gè)光電探測(cè)器相連接，使得波長分用器分出的不同波長的光傳到與其對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換； 每一個(gè)光電探測(cè)器的輸出端連接到一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端上，將光電探測(cè)器輸出的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)；各A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到計(jì)算機(jī)上，對(duì)輸出的各路數(shù)字電信號(hào)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行解調(diào)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵波長解調(diào)裝置，其特征在于所述的FBG系列中 FBG個(gè)數(shù)為6-10個(gè)；光電探測(cè)器陣列中的光電探測(cè)器個(gè)數(shù)為6-10個(gè)，分別和FBG系列中的 FBG對(duì)應(yīng)。
3.一種利用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行光纖光柵波長解調(diào)的方法，步驟如下①將上述裝置連接好，打開ASE光源，使其發(fā)出的光經(jīng)3db耦合器入射到同一光纖上的 FBG系列中不同的FBG內(nèi)；②將光電探測(cè)器陣列中的每一個(gè)光電探測(cè)器、A/D轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)的電源接通；查看記錄裝置所用的線性斜邊濾波器的斜率K ；③在波長為1525nm-1565nm的范圍內(nèi)，選擇初始標(biāo)定溫度下不同波長的6_10個(gè)FBG，分別將這些FBG的波長λ i 記錄下來，將每一個(gè)FBG和可以探測(cè)到該FBG反射光的光電探測(cè)器對(duì)應(yīng)起來，記錄此時(shí)各FBG的波長λ 和其對(duì)應(yīng)的電信號(hào)Iifee的大小，其中i表示所選FBG的個(gè)數(shù)的序號(hào)；④在某一時(shí)刻T，讀取在計(jì)算機(jī)上顯示的各個(gè)FBG對(duì)應(yīng)光電探測(cè)器監(jiān)測(cè)到的電信號(hào)大小Ii實(shí)時(shí)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部程序計(jì)算T時(shí)刻各FBG的波長力實(shí)時(shí)=^Uim -Iiim) +力標(biāo)定，將計(jì)算后的實(shí)時(shí)波長值λ 顯示在計(jì)算機(jī)軟件界面上，其中i表示所選FBG的個(gè)數(shù)的序號(hào)；⑤整理并保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)束。
全文摘要
一種利用線性斜邊濾波器的光纖光柵波長解調(diào)方法，屬光纖光柵波長解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。裝置包括ASE光源、3db耦合器、光纖光柵、線性斜邊濾波器、波長分用器、光強(qiáng)探測(cè)陣列和A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于ASE光源位于3db耦合器之前，3db耦合器的后面放置光纖光柵；3db耦合器經(jīng)光導(dǎo)纖維分別與線性斜邊濾波器和FBG相連；波長分用器的前端連接線性斜邊濾波器，后端連接不同的光強(qiáng)探測(cè)陣列，光強(qiáng)探測(cè)陣列通過導(dǎo)線分別電連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)波長的解調(diào)。本發(fā)明裝置和方法成本低，監(jiān)測(cè)方法簡單且實(shí)用，可以廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域，比如溫度、應(yīng)力監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G02F2/00GK102169272SQ20111008732
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者劉永寧, 孔德龍, 宋復(fù)俊, 常軍, 張燕, 王偉杰, 王宗良 申請(qǐng)人:山東大學(xué)