專利名稱：一種光纖光柵傳感裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種大容量低成本的光纖光柵傳感系統(tǒng)。
背景技術：
光纖光柵傳感器是利用光纖纖芯材料的光敏特性，通過紫外光照射在纖芯形成折射率成周期分布的結構，在滿足相位匹配的條件下，共振波長模式之間發(fā)生耦合從而產生波長選擇性。光纖光柵的共振波長受溫度和應變等外部環(huán)境的影響，因此它可以作為傳感器通過波長變化感知外部環(huán)境參數(shù)變化，實現(xiàn)各種參數(shù)的測量。除了具有普通光纖傳感器具有的重量輕、不受電磁干擾、靈敏度高、抗腐蝕等優(yōu)點外，它還具有容易組網(wǎng)測量、大容量復用、波長解調等特點。光纖光柵復用技術是構建光纖傳感網(wǎng)絡的基礎，常見的光纖光柵復用技術有波分復用(WDM)、時分復用(TDM)、空分復用(SDM)以及它們的混合復用技術。目前這些復用技術存在構成傳感系統(tǒng)的成本相對較高，系統(tǒng)容量有限，操作不方便等問題。光纖傳感技術今后發(fā)展方向是低成本、高性能、大容量和網(wǎng)絡化，因此增加系統(tǒng)復用傳感器容量和降低光纖傳感系統(tǒng)成本具有重大意義。波分復用各傳感器占用一定的光譜范圍，工作波長互不重疊，傳感器的識別是根據(jù)波長范圍來判斷。波分復用技術復用的傳感器數(shù)量由測量點的動態(tài)范圍和光源帶寬決定，常見的寬帶光源帶寬為4(T60nm，有限的光源帶寬限制傳感器的數(shù)量，通常單個光纖上能實現(xiàn)15 20個傳感器的復用。優(yōu)點傳感器信噪比高；缺點復用數(shù)量較少，傳感器動態(tài)范圍小，成本較高。時分復用此技術采用脈沖光源，各傳感器工作在相同的波長范圍，傳感器的識別是依靠反射回信號的時間間隔。只需一個掩模板制作相同周期的低反射率光柵，傳感器反射信號微弱。傳感器數(shù)量不受光源帶寬限制，每個傳感器均可使用整個光源帶寬。由于各傳感器波長相同，因此會對其余傳感器的信號部分反射而產生信號衰減，傳感器越多，光信號衰減也越快。優(yōu)點成本較低，復用容量大，傳感器動態(tài)范圍大；缺點傳感器信噪比低?？辗謴陀眯枰忾_關切換通道，實現(xiàn)不同傳感器陣列選擇，由于光開關存在插入損耗，空分復用級聯(lián)層次越多插入損耗越大，通道間的尋址時越長，系統(tǒng)配置復雜。優(yōu)點信噪比較高；缺點系統(tǒng)復雜，成本較高。目前光纖光柵傳感系統(tǒng)主要以波分復用技術為主，最具代表性的是MicronOptics公司的光纖光柵傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用波分復用技術與可調諧激光光源實現(xiàn)多通道的同時掃描，由于采用波分復用技術，每個通道傳感器的數(shù)量和動態(tài)范圍受光源帶寬限制，在大容量光纖傳感應用場合，需要多臺系統(tǒng)同時工作或者采用光開關實現(xiàn)通道擴展，這種增加容量的方法導致傳感系統(tǒng)過于復雜和昂貴。因此，結合各種復用技術的優(yōu)點，構造具備系統(tǒng)結構簡單、性能可靠、復用容量大的光纖傳感系統(tǒng)是降低系統(tǒng)成本，推廣光纖傳感技術在各領域應用的關鍵。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種低成本和大容量的光纖光柵傳感器的復用裝置，解決當前光纖光柵傳感系統(tǒng)成本較高，容量較小的問題。本實用新型一種光纖光柵傳感裝置包括一脈沖信號發(fā)生器、一波長測量模塊、一第一耦合器、光纖、至少一延時光纖及一傳感器陣列。該光纖光柵傳感裝置進一步包括一反射型半導體光放大器RSOA及一第二耦合器，所述第二耦合器連接在第一耦合器與延時光纖之間，所述傳感器陣列由多個傳感器組并聯(lián)在所述第二耦合器而成，每組傳感器內部由多個低反射率傳感器串聯(lián)而成，且每一傳感器組均通過一延時光纖與所述第二耦合器相互連接。綜上所述，該光纖光柵傳感裝置通過不同頻率的脈沖信號驅動反射型半導體光放大器與不同傳感構成共振腔，實現(xiàn)不同傳感器信號的讀取。它采用分時訪問傳感器的方式，解決了傳統(tǒng)光纖光柵波分復用技術傳感器數(shù)量受光源帶寬限制的問題。由于采用共振腔技術，傳感信號能夠在腔內被放大，因此解決了傳統(tǒng)時分復用技術傳感信號信噪比較低問題。結合時分復用與波分復用的混合復用技術，將傳感器進行分組，以并聯(lián)、串聯(lián)相互搭配的方式訪問傳感器組，大大增加了系統(tǒng)的傳感器復用容量。
圖1為本實用新型一種光纖光柵傳感裝置的一結構示意圖。圖2為本實用新型一種光纖光柵傳感裝置的一工作原理圖。圖3為本實用新型一種光纖光柵傳感裝置的另一結構示意圖。
具體實施方式
為詳細說明本實用新型的技術內容、構造特征、所達成目的及效果，以下茲例舉實施例并配合附圖詳予說明。請參閱圖1，本實用新型一種光纖光柵傳感裝置包括一反射型半導體光放大器RS0A1、一脈沖信號發(fā)生器2、一波長測量模塊3、一第一f禹合器4、光纖(圖中未標不)、一第二耦合器6、至少一延時光纖7及一傳感器陣列8。請續(xù)參閱圖1，所述反射型半導體光放大器RSOAl的控制輸入端與脈沖信號發(fā)生器2的輸出端連接；反射型半導體光放大器RSOAl的光纖輸入/輸出端與第一I禹合器4的輸入端相連。所述第一耦合器4為1*2的耦合器。所述第一耦合器4采用分光比為10:90的耦合器，其中，分光比10%的端口與波長測量模塊3連接；分光比90%的端口與第二耦合器6的輸入端連接。所述第二耦合器6連接子在第一耦合器4與延時光纖7之間。請參閱圖3，在其他優(yōu)選實施例中，在第一耦合器4與第二耦合器6之間進一步連接有一延時光纖7。所述第二耦合器為1*M的耦合器，且M為大于等于3的自然數(shù)。 所述傳感器陣列8由多個傳感器組并聯(lián)在所述第二耦合器6而成(為便于描述，設定有m個傳感器組，其中m為大于I的自然數(shù))，每組傳感器內部由中心波長相同的多個低反射率傳感器構成串聯(lián)(為便于描述，設定有η個傳感器，其中η為大于I的自然數(shù))。所述每一傳感器組均通過一延時光纖與所述第二耦合6相互連接，且傳感器組內部各傳感器之間用2-5米的光纖連接。各傳感器組之間的中心波長可以相同，也可不同。所述各傳感器組的輸入端分別與一延時光纖一自由端相連，延時光纖另一自由端與第二稱合器6分光端的各端口連接。本實用新型具體實施例中，一種光纖光柵傳感裝置100所采用的傳感器的反射率為 1%-5%。本實用新型具體實施例中，傳感器組內部的各傳感器之間用2到5米的光纖連接起來。本實用新型具體實施例中，延時光纖7的長度大于傳感器組光纖的長度，具有顯著的延時作用。各組延時光纖長度不同，可使各組傳感器的信號在不同時刻到達波長測量模塊。當然，也可采用其它對光脈沖信號有延時作用的器件對光脈沖信號進行延時的操作。本實用新型一種光纖光柵傳感裝置100利用可編程脈沖信號發(fā)生器2產生一個脈寬和周期可調的脈沖信號驅動反射型半導體光放大器RS0A1，所述反射型半導體光放大器RSOAl在脈沖信號驅動下發(fā)出頻率、脈寬與脈沖信號對應的寬帶光脈沖。所述反射型半導體光放大器RSOAl發(fā)出的寬帶光脈沖經(jīng)過第二耦合器后被分成m
束寬帶光脈沖并分別進入延時光纖L1L1'……Lu,經(jīng)延時后進入各傳感器組。m個寬帶
光脈沖在各傳感器組中傳播，被各傳感器組中的傳感器依次反射后通過第二耦合器6后向反射型半導體光放大器RSOAl方向傳播。所述寬帶光脈沖在光纖中傳播，當遇到傳感器時部分信號被反射，被傳感器組中的傳感器反射的光信號依次到達反射型半導體光放大器RS0A1，當設置脈沖信號的周期與光信號在其中一傳感器和反射型半導體光放大器RSOAl之間往返時間相等時,則被該傳感器反射的光信號能進入反射型半導體光放大器RSOAl并被放大，其它傳感器反射的光脈沖信號則無法進入反射型半導體光放大器RSOAl ;進入反射型半導體光放大器RSOAl的傳感信號被放大后，經(jīng)過第一耦合器4的耦合部分信號進入波長測量模塊，實現(xiàn)被選擇傳感器送出的傳感信號的波長測量。所述脈沖信號發(fā)生器2為采用FPGA可編程器件實現(xiàn)的脈寬和周期可調的模塊，脈沖最小寬度可達10納秒。請參閱圖2，下面以光脈沖信號在第一組傳感器中傳播為例進行說明。本實用新型一種光纖光柵傳感裝置基本工作原理如下脈沖信號發(fā)生器2產生一個頻率可調的脈沖信號，當?shù)谝粋€脈沖施加到反射型半導體光放大器RSOAl時，反射型半導體光放大器RSOAl由于自激輻射(ASE)發(fā)出一個寬帶光脈沖沿傳感器陣列方向傳播，該寬帶光脈沖經(jīng)過第二耦合器后被分成m束寬帶光脈沖，當寬帶光脈沖遇到同一傳感器組中的各傳感器時，部分光功率被反射，各傳感器反射的光脈沖信號的波長對應該傳感器的波長，被反射的光脈沖信號依次到達反射型半導體光放大器RS0A1，其中，光脈沖信號到達傳感器……
的時間分別為ru、re、rB、……rta。當脈沖信號發(fā)生器2的周期與光脈沖信號在反射
型半導體光放大器RSOAl和傳感器1 之間往返相等時，即脈沖發(fā)生器周期Γ = 時，則被
傳感器反射的光脈沖信號到達反射型半導體光放大器RSOAl時，反射型半導體光放大器RSOAl處于導通狀態(tài)，且傳感信號A1能進入反射型半導體光放大器RSOAl被放大和反射以再次向傳感器陣列方向傳播。此時反射型半導體光放大器RSOAl發(fā)出的光脈沖信號是由自激輻射(ASE)產生的寬帶光脈沖和被放大的傳感器信號1|疊加而成。重復以上過程，由于本實用新型光纖光柵傳感裝置100采用能對輸入光信號放大ISdB的反射型半導體光放大器RS0A1，傳感信號J1多次進入反射型半導體光放大器RSOAl被逐次放大至反射型半導體光放大器RSOAl的飽和輸出，經(jīng)過第一耦合器4部分傳感信號進入光纖光柵波長解調模塊，實現(xiàn)傳感器波長的測量。傳感器^和^之間用2-5米的光纖連接，光脈沖信號在二者之間的傳播時間為反射信號的時間差為22^。為了將傳感器信號分開，
則光脈沖信號的寬度滿足JwXlTlt其它傳感器反射的信號到達反射型半導體光放大器RSOAl時，由于脈沖信號周期與傳感器往返時間不相等，此時反射型半導體光放大器RSOAl處于關閉狀態(tài)，其它傳感器反射的光脈沖信號被吸收，所以實現(xiàn)了傳感器的訪問，進而可以得出光脈沖信號在傳感器 ......與反射型半導體光放大器RSOAl之間
往返時間分別為U +2?！?、2Γπ 4 2ΣΓ^·>將脈沖信號發(fā)生器2的周期調整到
與各傳感器往返時間相等，則可實現(xiàn)各傳感器的訪問。若傳感器之間等間距，光脈沖信號在相鄰傳感器之間的傳播時間為ζ,則尋址各傳感器的脈沖信號周期分別為
、-,2 .2(Β_- 通過改變脈沖信號發(fā)生器2的頻率則可實現(xiàn)對傳感器陣列8中所有傳感器的訪問。傳感器整列中，所述延時光纖的長度必須滿足如下條件后一組延時光纖的長度大于前一組延時光纖的長度與前一傳感器組光纖長度之和，也即，延時光纖的長度要滿足
如下條件+ if_|°其中￡ _!為第1-1組傳感器的第一個傳感器的輸入端到最后一
個傳感器末端的光纖的長度。故有延時光纖......產生的時間延遲造成各組傳感
器在不同的時間范圍內被訪問。綜上所述，光纖光柵傳感裝置通過不同頻率的脈沖信號驅動反射型半導體光放大器與不同傳感器構成共振腔，實現(xiàn)不同傳感信號的讀取。它采用分時訪問傳感器的方式，解決了傳統(tǒng)光纖柵光波分復用技術傳感器數(shù)量受光源帶寬限制的問題，由于采用共振腔技術，微弱的傳感信號能夠在腔內放大，因此也解決了傳統(tǒng)時分復用技術傳感信號信噪比較低問題，結合時分復用與波分復用的混合復用技術，將傳感器進行分組，以并聯(lián)、串聯(lián)相互搭配的方式訪問傳感器組，大大增加了系統(tǒng)對于傳感器的復用容量。以上所述的技術方案僅為本實用新型一種光纖光柵傳感裝置100的較佳實施例，任何在本實用新型一種光纖光柵傳感裝置100基礎上所作的等效變換或替換都包含在的權利要求的范圍之內。
權利要求1.一種光纖光柵傳感裝置，包括一脈沖信號發(fā)生器、一波長測量模塊、一第一稱合器、光纖、至少一延時光纖及一傳感器陣列，其特征在于該光纖光柵傳感裝置進一步包括一反射型半導體光放大器RSOA及一第二耦合器，所述第二耦合器連接在第一耦合器與延時光纖之間，所述傳感器陣列由多個傳感器組并聯(lián)在所述第二耦合器而成，每組傳感器內部由多個低反射率傳感器串聯(lián)而成，且每一傳感器組均通過一延時光纖與所述第二耦合器相互連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于反射型半導體光放大器RSOA米用能對輸入光脈沖信號放大18dB的反射型半導體光放大器RSOA作為光源和光開關選通器件。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于第二耦合器為1*M的耦合器，且M為大于等于3的自然數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于每組傳感器內部由中心波長相同的多個低反射率傳感器構成串聯(lián)，且各傳感器組之間的中心波長可以相同，也可不同。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于傳感器陣列中，所述延時光纖的長度必須滿足如下條件后一組延時光纖的長度大于前一組延時光纖的長度與前一傳感器組光纖長度之和。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于第一稱合器為1*2的耦合器，在第一耦合器與第二耦合器之間進一步連接有一延時光纖。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于所述第一耦合器采用分光比為10:90的耦合器，分光比10%的端口與波長測量模塊連接；分光比90%的端口與第二耦合器的輸入端連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于脈沖信號發(fā)生器為采用FPGA可編程器件實現(xiàn)的脈寬和周期可調的模塊，脈沖最小寬度可達10納秒。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于傳感器的反射率為1% 5%。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于波長測量模塊采用基于CCD技術的光譜測量模塊，或者基于邊緣濾波技術的波長測量計。
專利摘要本實用新型提供一種光纖光柵傳感裝置，該光纖光柵傳感裝置通過不同頻率的脈沖信號驅動反射型半導體光放大器與不同傳感器構成共振腔，實現(xiàn)不同傳感器信號的讀取。它采用分時訪問傳感器的方式，解決了傳統(tǒng)光纖光柵波分復用技術傳感器數(shù)量受光源帶寬限制的問題。由于采用共振腔技術，傳感信號能夠在腔內被放大，因此解決了傳統(tǒng)時分復用技術傳感信號信噪比較低問題。結合時分復用與波分復用的混合復用技術，將傳感器進行分組，以并聯(lián)、串聯(lián)相互搭配的方式訪問傳感器組，大大增加了系統(tǒng)的傳感器復用容量。
文檔編號G01D5/36GK202836592SQ20122051612
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權日2012年10月9日
發(fā)明者代勇波, 苗強 申請人:成都阜特科技股份有限公司