專利名稱：基于ccd的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及基于CCD的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，適用于光纖傳感技術(shù)、 民用工程、軌道交通等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感器有許多光纖傳感器沒有的優(yōu)點，測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和測量儀器老化等因素影響；避免了干涉型光纖傳感技術(shù)中存在的相位測量不清晰和對固定參考點的需要，能實現(xiàn)長期絕對測量；可以在一根光纖中串接多個光纖光柵，方便地利用波分復(fù)用技術(shù)對結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度等參數(shù)進(jìn)行高分辨率、大范圍的分布式測量。但是，光纖光柵傳感器在實際工程中的應(yīng)用還存在限制。首先，光纖光柵對溫度的變化和應(yīng)變都能導(dǎo)致光纖光柵反射光中心波長的漂移，當(dāng)光纖光柵用于傳感測量時，很難區(qū)分溫度和應(yīng)力引起的反射光中心波長的變化。其次，光纖光柵傳感器的輸出量為波長信息，而目前用于波長解調(diào)的裝置都比較復(fù)雜，價格昂貴，實用化困難。為此，提出了基于窄帶濾波器掃描的傳感解調(diào)系統(tǒng)，但其解調(diào)速度和解調(diào)的波長范圍都受到了限制，并不適用于分布式傳感和動態(tài)測量的需要。同時，由于光纖布拉格光柵和F-P濾波器的運用，都容易受到溫度的影響，從而也在一定程度上限制了傳感解調(diào)系統(tǒng)在實際工程中的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種解調(diào)速度快、不受溫度影響、適用于分布式測量和動態(tài)測量的基于CCD的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)。本實用新型的技術(shù)方案—種基于CCD的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源的輸出接三端口耦合器的第一端口，三端口耦合器的第二端口接錐形光纖光柵；準(zhǔn)直反射鏡上放置在三端口耦合器的第三端口輸出的光路上，衍射光柵與準(zhǔn)直反射鏡上相對平行放置；會聚透鏡放置在衍射光柵的反射光路上，會聚透鏡與CXD相對平行放置；CCD接放大電路的輸入，放大電路的輸出接A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出接處理器的輸入，處理器的輸出接計算機(jī)，CXD驅(qū)動電路與CXD連接。本實用新型的有益效果本實用新型提出的一種基于CCD的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)；解調(diào)速度高、不受溫度影響；通過錐形光纖光柵傳感器進(jìn)行信號解調(diào)，可以實現(xiàn)對溫度-應(yīng)力的同時測量；CCD的掃描速度快，該系統(tǒng)既可以滿足靜態(tài)，也可以滿足動態(tài)測量的解調(diào)要求。
圖1 一種基于CXD的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。一種基于CCD的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，見圖1，該傳感解調(diào)系統(tǒng)包括寬帶光源1、三端口耦合器、錐形光纖光柵3、準(zhǔn)直反射鏡上4、衍射光柵5、會聚透鏡6、(XD7、放大電路8、A/D轉(zhuǎn)換模塊9、處理器10、計算機(jī)11、C⑶驅(qū)動電路12。系統(tǒng)中寬帶光源1的輸出接三端口耦合器的第一端口 21，三端口耦合器的第二端口 22接錐形光纖光柵3 ；準(zhǔn)直反射鏡上4放置在三端口耦合器的第三端口 23輸出的光路上，衍射光柵5與準(zhǔn)直反射鏡上4相對平行放置；會聚透鏡6放置在衍射光柵5的反射光路上，會聚透鏡6與(XD7相對平行放置；(XD7接放大電路8的輸入，放大電路8的輸出接A/D轉(zhuǎn)換模塊9的輸入，A/D轉(zhuǎn)換模塊9的輸出接處理器10的輸入，處理器10的輸出接計算機(jī)11，(XD驅(qū)動電路12與(XD7連接。本實用新型所使用的器件均為市售器件。 經(jīng)錐形光纖光柵3的反射光經(jīng)過三端口耦合器2后被送入準(zhǔn)直反射鏡4，成為反射光后照射到衍射光柵5上，經(jīng)衍射光柵5發(fā)生多縫夫瑯禾費衍射后照射到后端的會聚透鏡6 上，會聚透鏡6將衍射光進(jìn)行會聚，在焦平面上呈現(xiàn)出縱向具有一定寬度的光譜。此時，放置在焦平面上的CCD7期間將對此光譜產(chǎn)生反應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，傳送到放大電路 8，放大后的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊9后送入處理器10處理，輸出的信號經(jīng)過計算機(jī)11計算分析獲得錐形光纖光柵3反射譜的帶寬及其變化量信息，并由此計算出待測的應(yīng)力、應(yīng)變等值，完成傳感波長的解調(diào)。同時，還可以通過處理器中輸入相關(guān)算法來尋找CXD輸出中的最大值，從而獲得錐形光纖光柵反射譜的中心波長及其帶寬的變化量，實現(xiàn)溫度和應(yīng)力、應(yīng)變的同時測量。這是由于錐形光纖光柵反射譜寬度對溫度變化具有不敏感性，通過錐形光纖光柵反射帶寬的變化，區(qū)分出溫度和應(yīng)力的變化，按以下步驟實現(xiàn)步驟一分別標(biāo)定錐形光纖光柵溫度-波長響應(yīng)、應(yīng)力-波長響應(yīng)和應(yīng)力-帶寬響應(yīng)三組關(guān)系，確定其應(yīng)力靈敏度系數(shù)Ke和溫度靈敏度系數(shù)Kt ；步驟二在實際測量中，分別測出錐形光纖光柵反射光譜的中心波長漂移量Δ λΒ 和帶寬變化量AW;步驟三根據(jù)錐形光纖光柵反射光帶寬的變化確定其所受應(yīng)力值ε ；步驟四根據(jù)得到的應(yīng)力值及應(yīng)力-波長關(guān)系，確定錐形光纖光柵在應(yīng)力作用下的中心反射波長的漂移量Δ λ ε = Κε · ε步驟五在測得的中心波長變化量中去除掉應(yīng)力所引起的變化量，即可得到單純溫度變化帶來的影響ΔΤ = Δ λ Β- Δ λ ε[0030]步驟六根據(jù)溫度-波長關(guān)系得到相應(yīng)的溫度變化量，從而實現(xiàn)利用單一錐形光纖光柵的溫度和應(yīng)力同時測量
權(quán)利要求1. 一種基于CCD的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)的寬帶光源(1) 的輸出接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口 0 接錐形光纖光柵 (3)，準(zhǔn)直反射鏡上(4)放置在三端口耦合器的第三端口輸出的光路上，衍射光柵(5) 與準(zhǔn)直反射鏡上(4)相對平行放置；會聚透鏡(6)放置在衍射光柵( 的反射光路上，會聚透鏡(6)與CXD (7)相對平行放置；CCD(7)接放大電路⑶的輸入，放大電路⑶的輸出接A/D轉(zhuǎn)換模塊(9)的輸入，A/D 轉(zhuǎn)換模塊(9)的輸出接處理器(10)的輸入，處理器(10)的輸出接計算機(jī)(11)，(XD驅(qū)動電路(12)與CCD(7)連接。
專利摘要基于CCD的錐形光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，涉及光纖光柵傳感領(lǐng)域。解決了溫度對解調(diào)系統(tǒng)影響問題。該系統(tǒng)的寬帶光源(1)的輸出接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接錐形光纖光柵(3)，三端口耦合器的第三端口(23)輸出的光入射到準(zhǔn)直反射鏡上(4)，射出的平行光反射到衍射光柵(5)上，衍射光照射到會聚透鏡(6)上后會聚到CCD(7)上，CCD(7)接放大電路(8)的輸入，放大電路(8)的輸出接A/D轉(zhuǎn)換模塊(9)的輸入，A/D轉(zhuǎn)換模塊(9)的輸出接處理器(10)的輸入，處理器(10)的輸出接計算機(jī)(11)，CCD驅(qū)動電路(12)驅(qū)動CCD(7)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，解調(diào)速度高，能實現(xiàn)溫度和應(yīng)力的同時解調(diào)。
文檔編號G02B6/32GK202221353SQ20112037288
公開日2012年5月16日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者周倩, 寧提綱, 袁博 申請人:北京交通大學(xué)