一種光纖f-p腔傳感器的高速解調系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)包括寬帶光源、三端口光纖環(huán)行器、密集波分復用器、光電探測器和采集處理單元。寬帶光源發(fā)出的光通過三端口光纖環(huán)行器注入光纖F-P腔傳感器；光纖F-P腔傳感器的反射光再次經由該光纖環(huán)形器注入密集波分復用器；經密集波分復用器濾波后將注入的寬帶反射光分解為三束不同波長的窄帶光；這三束窄帶光波注入光電探測器，經光電轉換和濾波放大后由采集處理單元進行高速采樣和數(shù)據(jù)處理，計算得到待測F-P腔傳感器的相位或腔長變化量。本實用新型不僅降低了技術難度，大幅削減了系統(tǒng)成本，還能夠實現(xiàn)光纖F-P腔傳感器的高速、高精度解調，特別適合動態(tài)測量，如爆炸波壓力的測量等。
【專利說明】 —種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光纖傳感【技術領域】，特別是涉及一種光纖F-P腔傳感器的高速解調儀。
【背景技術】
[0002]在光纖傳感系統(tǒng)中，解調儀的作用為:(1)連續(xù)不斷的向光纖傳感器發(fā)送光信號；
[2]接收攜帶有待測量信息的載波信號，也即是光纖傳感器返回的信號，在經過光電轉換、信號采集、信號調理將我們需要的信息提取出來。解調儀作為整個光纖傳感系統(tǒng)的核心部件對整個光纖傳感系統(tǒng)的精度、分辨率等性能參數(shù)起著決定性的作用。
[0003]在眾多的光纖傳感器中，光纖F-P腔傳感器以其結構簡單、體積小、高靈敏度、快時間響應、單光纖信號傳輸?shù)葍?yōu)點受到人們普遍的關注，并成為近年來光纖傳感技術及其應用研究的熱點之一，這其中也包含與其配套使用的光纖F-P腔傳感器解調儀的研制。最具代表的是加拿大的FISO公司、美國的Davidson公司和加拿大的Opsens公司，他們推出的光纖F-P腔傳感器解調儀，實現(xiàn)了對溫度、壓力和應變等參量的測量，并已經在土木工程中得到應用。前兩家公司的解調儀采用的是非掃描式相關解調技術，Opsens解調儀采用白光偏振干涉技術，這兩種技術都需要制作精良的光楔和線陣CCD，由于技術壟斷，解調儀市場售價高昂；國內以重慶大學為代表的研究機構也進行了非掃描式相關解調系統(tǒng)的研究，開發(fā)了相應的解調系統(tǒng)，但光楔的設計和制作技術還不成熟，無法滿足解調所需的精度和穩(wěn)定性要求，距離實用化還有很大的差距。
[0004]目前在實際工程中應用的光纖F-P腔傳感器解調系統(tǒng)大多是基于光譜儀接收的，而光譜儀價格昂貴，體積龐大，且不能實現(xiàn)動態(tài)參量的測量，如測量爆炸壓力等。因此，研制一種低成本、高精度、高頻響的光纖F-P腔傳感器解調儀具有十分重要的意義。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)，該解調系統(tǒng)具有測量精度高、頻響高、成本低的優(yōu)點。
[0006]本實用新型的目的可采用如下技術方案來實現(xiàn):所述的光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)，包括寬帶光源、三端口光纖環(huán)行器、密集波分復用器、光電探測器和采集處理單元，所述的寬帶光源、三端口光纖環(huán)行器、密集波分復用器和光電探測器之間通過光纖連接，所述的光電探測器與采集處理單元之間通過同軸電纜連接；寬帶光源發(fā)出的光通過三端口光纖環(huán)行器注入光纖F-P腔傳感器；光纖F-P腔傳感器的反射光再次經由該光纖環(huán)形器注入密集波分復用器；經密集波分復用器濾波后將注入的寬帶反射光分解為三束不同波長的窄帶光；這三束窄帶光波注入光電探測器，經光電轉換和濾波放大后由采集處理單元進行高速采樣和數(shù)據(jù)處理，計算得到待測F-P腔傳感器的相位或腔長變化量。
[0007]所述的寬帶光源為發(fā)光二極管或光纖放大自發(fā)輻射光源，其輸出光譜范圍至少包含 1540nm、1550nm 和 1560nm 三個波長。[0008]所述的三端口光纖環(huán)形器中心波長是1550nm ；
[0009]所述的密集波分復用器包含I個輸入端口，三個輸出端口，并且三個輸出端口的中心波長分別位于1540nm、1550nm、1560nm附近，譜寬約0.2nm。
[0010]所述的光電探測器包含三個PIN型的光電管及其配套的低噪聲濾波放大電路，整個探測器的帶寬大于500kHz ；
[0011]所述的光電探測器的三路輸出電壓應滿足幅值相等、零位一致的原則。
[0012]所述的采集處理單元包含一塊高速A/D采集卡和一臺計算機，A/D采集卡通過數(shù)據(jù)通訊端口與計算機連接。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型在技術上有較大突破:本實用新型所述的解調方法是一種基于任意相位差的三波長解調方法，傳統(tǒng)的三波長方法采用三個獨立的激光光源，并配備有與這三個波長正好匹配的窄帶光濾波器，不僅成本較高，且難以獲得匹配濾波器；本實用新型采用寬帶光源，無需光濾波器的匹配，光通信領域中技術成熟、價格低廉的密集波分復用器即可滿足三波長的濾波要求，大大降低了系統(tǒng)成本和技術難度。同時，由于三波長方法是一種補償型的強度解調法，使得本實用新型的光纖F-P腔傳感器高速解調系統(tǒng)具有分辨率高，測量速度快，不受光源波動的影響等多方面的優(yōu)點，非常適合光纖F-P腔傳感器的聞速解調。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的系統(tǒng)結構原理圖。
[0015]圖1中1、寬帶光源，2、三端口光纖環(huán)行器，3、密集波分復用器，4、光電探測器，5、采集處理單元，6、光纖F-P腔傳感器。
【具體實施方式】
[0016]結合附圖，說明本實用新型的具體實施例。
[0017]如圖1所示:本實用新型的解調系統(tǒng)主要由寬帶光源1，三端口光纖環(huán)行器2，密集波分復用器3，光電探測器4和采集處理單元5組成。所述的寬帶光源1、三端口光纖環(huán)行器2、密集波分復用器3和光電探測器4之間通過光纖連接，所述的光電探測器4與采集處理單元5之間通過同軸電纜連接；寬帶光源I的輸出光注入三端口光纖環(huán)行器2的第一端口 21，再經環(huán)行器第二端口 22注入光纖F-P腔傳感器6，光纖F-P腔傳感器的反射光再次注入環(huán)行器的第二端口 22，經由環(huán)行器的第三端口 23輸出后注入密集波分復用器3的輸入端口 31，經密集波分復用器3濾波后將注入的寬帶反射光分解為三束不同波長的窄帶光；這三束窄帶光波由密集波分復用器3的三個輸出端口 32、33、34同時輸出并注入光電探測器4，經光電轉換和濾波放大后由采集處理單元5進行高速采樣和數(shù)據(jù)處理，解調得到待測F-P腔傳感器的腔長變化量。所述的寬帶光源I為發(fā)光二極管或光纖放大自發(fā)輻射光源，其輸出光譜范圍至少包含1540nm、1550nm和1560nm三個波長。所述的三端口光纖環(huán)形器2中心波長是1550nm;所述的密集波分復用器3包含I個輸入端口，三個輸出端口，并且三個輸出端口的中心波長分別位于1540nm、1550nm、1560nm附近，譜寬約0.2nm。所述的光電探測器4包含三個PIN型的光電管及其配套的低噪聲濾波放大電路，整個探測器的帶寬大于500kHz ;所述的光電探測器4的三路輸出電壓應滿足幅值相等、零位一致的原則。所述的采集處理單元5包含一塊高速A/D采集卡和一臺計算機，A/D采集卡通過數(shù)據(jù)通訊端口與計算機連接。
[0018]本實用新型的解調原理如下:
[0019]對于低反射率(即端面反射率小于10%)的光纖F-P腔傳感器，傳感器反射光的強度'I可近似由下式的余弦函數(shù)表示:
【權利要求】
1.一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)，其特征是:所述的高速解調系統(tǒng)包括寬帶光源、三端口光纖環(huán)行器、密集波分復用器、光電探測器和采集處理單元，所述的寬帶光源、三端口光纖環(huán)行器、密集波分復用器和光電探測器之間通過光纖連接，所述的光電探測器與采集處理單元之間通過同軸電纜連接；寬帶光源發(fā)出的光通過三端口光纖環(huán)行器注入光纖F-P腔傳感器；光纖F-P腔傳感器的反射光再次經由該光纖環(huán)形器注入密集波分復用器；經密集波分復用器濾波后將注入的寬帶反射光分解為三束不同波長的窄帶光；這三束窄帶光波注入光電探測器，經光電轉換和濾波放大后由采集處理單元進行高速采樣和數(shù)據(jù)處理，計算得到待測F-P腔傳感器的相位或腔長變化量。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)，其特征是:所述的寬帶光源為發(fā)光二極管或光纖放大自發(fā)輻射光源，其輸出光譜范圍至少包含1540nm、1550nm和1560nm三個波長。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)，其特征是:所述的三端口光纖環(huán)形器中心波長是1550nm。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)，其特征是:所述的密集波分復用器包含I個輸入端口，三個輸出端口，并且三個輸出端口的中心波長分別位于 1540nm、1550nm、1560nm 附近，譜寬約 0.2nm。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)，其特征是:所述的光電探測器包含三個PIN型的光電管及其配套的低噪聲濾波放大電路，整個探測器的帶寬大于 500kHz。
6.根據(jù)權利要求1或5所述的一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)，其特征是:所述的光電探測器的三路輸出電壓應滿足幅值相等、零位一致的原則。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖F-P腔傳感器的高速解調系統(tǒng)，其特征是:所述的采集處理單元包含一塊高速A/D采集卡和一臺計算機，A/D采集卡通過數(shù)據(jù)通訊端口與計算機連接。
【文檔編號】G01D5/353GK203642944SQ201420011678
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權日:2014年1月9日
【發(fā)明者】余尚江, 周會娟, 陳晉央, 郭士旭, 楊吉祥, 賈超, 黃劉宏 申請人:中國人民解放軍總參謀部工程兵科研三所