專利名稱：超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信和光纖傳感及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
(2)背景技術(shù)光纖光柵傳感器是基于外部對(duì)其的作用，導(dǎo)致其光柵區(qū)折射率或柵距的變化，從而引起其反射波長(zhǎng)的移動(dòng)作為傳感機(jī)理。其解調(diào)被測(cè)信號(hào)的本質(zhì)則是波長(zhǎng)移動(dòng)量的測(cè)量。目前已出現(xiàn)的解調(diào)系統(tǒng)和方法除傳統(tǒng)的掃描光譜儀和掃描干涉儀外，主要有1、基于線性邊帶濾波器方法(美國(guó)專利5,729,347)2、基于波長(zhǎng)相關(guān)的耦合器方法(美國(guó)專利5,882,049)3、基于啁啾光柵方法(美國(guó)專利6,335,524)4、基于相位載波(PGC)方法(美國(guó)專利5,903,350)5、基于體全息光柵+探測(cè)器陣列的固定式光譜儀盡管前三種方法有高速解調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，但分辨率低，解調(diào)范圍相對(duì)窄，第四種方法解調(diào)范圍寬，但其解調(diào)速度受到干涉儀調(diào)制速度的限制，第五種方法成本太高，且解調(diào)速度亦不高，目前僅有幾十Hz的產(chǎn)品。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種與已往方法不同的具有超高解調(diào)速度、解調(diào)范圍寬、分辨率高及成本低的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，包括解調(diào)系統(tǒng)和光纖光柵傳感頭組成，其中解調(diào)系統(tǒng)包括一個(gè)光源；
二個(gè)耦合器第一個(gè)耦合器和第二個(gè)耦合器，在二個(gè)耦合器之間的連接點(diǎn)為Q點(diǎn)；一個(gè)透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差的正弦函數(shù)的光學(xué)元件；一個(gè)透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差的余弦函數(shù)的光學(xué)元件；至少三個(gè)探測(cè)器；一個(gè)信號(hào)處理模塊；一個(gè)顯示模塊；所述的光源將光波通過所述的第一個(gè)耦合器，傳至所述的光纖光柵傳感頭，所述的光柵傳感頭經(jīng)被測(cè)量作用后，反射光波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，再經(jīng)所述的第一和第二個(gè)耦合器，分別通過所述的透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差的正弦函數(shù)的光學(xué)元件和透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差的余弦函數(shù)的光學(xué)元件及光功率監(jiān)測(cè)端輸出，由所述的探測(cè)器探測(cè)后經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊處理后輸出所測(cè)波長(zhǎng)移動(dòng)量和其對(duì)應(yīng)的被測(cè)量值至該顯示模塊。
一種實(shí)現(xiàn)上述超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)的方法，包括(1)系統(tǒng)定標(biāo)的步驟首先將已知波長(zhǎng)的光信號(hào)替代所述的光源和光纖光柵傳感頭從解調(diào)系統(tǒng)中的一個(gè)光纖連接點(diǎn)(Q點(diǎn))注入所述的解調(diào)系統(tǒng)，將所述的三個(gè)探測(cè)器接收到的分別通過透過率與波長(zhǎng)λ關(guān)系為有誤差的正弦函數(shù)的光學(xué)元件及透過率與波長(zhǎng)λ關(guān)系為有誤差的余弦函數(shù)的光學(xué)元件和監(jiān)測(cè)端的光功率Da、Db和Dc，送經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊處理得到所述兩光學(xué)元件的透過率Ta和Tb及其比值，進(jìn)而得出Ta/Tb及其反正切函數(shù)值Φ(λ)與標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的查找表格，并存入所述的信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)器中，并將光纖連接點(diǎn)(Q點(diǎn))恢復(fù)連接；(2)測(cè)傳感量的步驟經(jīng)由上述定標(biāo)后的解調(diào)系統(tǒng)，將所述的探測(cè)器接收到的來自所述的光纖光柵傳感頭的光功率Da、Db和Dc，經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊得到所述的透過率Ta和Tb及其比值，由該信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)器中的查找表格，得到與該比值最接近的相鄰的兩個(gè)或多個(gè)相位值和波長(zhǎng)值，再予以線性或非線性插值得到所測(cè)波長(zhǎng)值，繼而換算成對(duì)應(yīng)的被測(cè)傳感量。
一種實(shí)現(xiàn)上述超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)的方法，包括(1)系統(tǒng)定標(biāo)的步驟首先將已知波長(zhǎng)的光信號(hào)替代所述的光源和光纖光柵傳感頭從解調(diào)系統(tǒng)中的一個(gè)光纖連接點(diǎn)(Q點(diǎn))注入所述的解調(diào)系統(tǒng)，將所述的三個(gè)探測(cè)器接收到的分別通過透過率與波長(zhǎng)λ關(guān)系為有誤差的正弦函數(shù)的光學(xué)元件及透過率與波長(zhǎng)λ關(guān)系為有誤差的余弦函數(shù)的光學(xué)元件和監(jiān)測(cè)端的光功率Da、Db和Dc，送經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊處理得到所述兩光學(xué)元件的透過率Ta和Tb及其比值，經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊對(duì)帶有準(zhǔn)線性調(diào)制因子的透過率Ta作最小二乘法擬合或高頻濾波處理，得出A和B常數(shù)，繼而，得出Ta、Tb、Ta/Tb及其反正切函數(shù)值Φ(λ)與標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的查找表格，存入所述的信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)器中，并將光纖連接點(diǎn)(Q點(diǎn))恢復(fù)連接；(2)測(cè)傳感量的步驟經(jīng)由上述定標(biāo)后的解調(diào)系統(tǒng)，將所述的探測(cè)器接收到的來自所述的光纖光柵傳感頭的光信號(hào)功率Da、Db和Dc，送經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊處理得到所述兩光學(xué)元件的透過率Ta和Tb及其比值，由該信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)器中的查找表格，得到與Ta和Tb及其比值最接近的相鄰的兩個(gè)或多個(gè)相位值和波長(zhǎng)值，再予以線性或非線性插值得到所測(cè)波長(zhǎng)值，繼而換算成對(duì)應(yīng)的被測(cè)傳感量。
本發(fā)明的效果本發(fā)明的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法具有超高解調(diào)速度、解調(diào)范圍寬、分辨率高及成本低的功效。其解調(diào)速度僅受限于探測(cè)器速度和信號(hào)處理模塊速度，前者，已可達(dá)到40GHz探測(cè)器速度，而后者可達(dá)到1MHz以上。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的上述目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)
圖1為本發(fā)明的一個(gè)典型解調(diào)系統(tǒng)圖(虛線框內(nèi))；圖2為本發(fā)明的一個(gè)擴(kuò)展的典型解調(diào)系統(tǒng)圖(虛線框內(nèi))；圖3-a中實(shí)線表示光纖光柵透過率與波長(zhǎng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線，虛線為有誤差的正弦曲線；圖3-b中實(shí)線表示光纖光柵透過率與波長(zhǎng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)余弦曲線，虛線為有誤差的余弦曲線；圖3-c中虛實(shí)線分別表示幅值在[-π，+π]的帶有誤差的相位和標(biāo)準(zhǔn)相位；圖4-a中實(shí)線表示對(duì)光纖光柵元件的透過率函數(shù)中引入準(zhǔn)線性調(diào)制因子后光纖光柵透過率與波長(zhǎng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線，虛線為有誤差的正弦曲線；圖4-b中實(shí)線為對(duì)光纖光柵元件的透過率函數(shù)中引入準(zhǔn)線性調(diào)制因子后光纖光柵透過率與波長(zhǎng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)余弦曲線，虛線為有誤差的余弦曲線；圖4-c中為對(duì)光纖光柵元件的透過率函數(shù)中引入準(zhǔn)線性調(diào)制因子后虛實(shí)線分別為幅值在[-π，+π]的帶有誤差的相位和標(biāo)準(zhǔn)相位。
(5)具體實(shí)施方式
參見圖1，圖1虛線框中是本發(fā)明的一個(gè)典型解調(diào)系統(tǒng)的實(shí)施例圖。
其中，光源1可以是連續(xù)或是脈沖的，第一個(gè)耦合器2用2*1耦合器，亦可用2*2耦合器或環(huán)形器，本實(shí)例用2*1耦合器。第二個(gè)耦合器3用1*3耦合器，亦可用兩個(gè)2*2耦合器串接而成，本實(shí)例用1*3耦合器。第一個(gè)耦合器2和第二個(gè)耦合器3之間的連接點(diǎn)為Q點(diǎn)。
光源1將光波通過第二個(gè)耦合器3，傳至光纖光柵傳感頭11，傳感頭11經(jīng)被測(cè)量作用后，反射光波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，再經(jīng)第一個(gè)耦合器2和第二個(gè)耦合器3，分別通過光學(xué)元件(在本實(shí)施例中用光纖光柵)4和光學(xué)元件(在本實(shí)施例中用光纖光柵)5及監(jiān)測(cè)端(第二個(gè)耦合器3與探測(cè)器8之間的光纖)輸出，由探測(cè)器6、7和8探測(cè)后經(jīng)信號(hào)處理模塊9處理后輸出所測(cè)波長(zhǎng)移動(dòng)量和其對(duì)應(yīng)的被測(cè)量值至顯示模塊10。光纖頭12做成斜面以消除端面反射。Q、P為光纖連接點(diǎn)。
光纖光柵4和5分別設(shè)計(jì)成透過率與波長(zhǎng)相關(guān)的有誤差的正弦曲線和有誤差的余弦曲線，如圖3-a中，Ta為光纖光柵4的透過率，λ為波長(zhǎng)，實(shí)線為標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線，虛線為有誤差的正弦曲線；圖3-b中，Tb為光纖光柵5的透過率，λ為波長(zhǎng)，實(shí)線為標(biāo)準(zhǔn)余弦曲線，虛線為有誤差的余弦曲線。圖3-c中，Φ(λ)表示透過率Ta與透過率Tb所得的比值的反正切函數(shù)值，λ為波長(zhǎng)，虛實(shí)線分別表示Φ(λ)值在[-π，+π]的帶有誤差的相位和標(biāo)準(zhǔn)相位。各圖中實(shí)線所示的標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線、標(biāo)準(zhǔn)余弦曲線及標(biāo)準(zhǔn)相位三角折線，在此僅提供比較說明。
其中，對(duì)于虛線而言的式子表示如下Ta∝sinΦ(λ)Tb∝cosΦ(λ)，Φ(λ)≈arctg(TaTb)]]>上述式子中∝為近似正比符號(hào)，≈為近似等于符號(hào)。
通過Φ(λ)----λ對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定，在測(cè)得Ta和Tb后，即可得到所測(cè)波長(zhǎng)λ。這里，Ta＝Da/Dc，Tb＝Db/Dc，其中Da為探測(cè)器6探測(cè)到的光信號(hào)功率，Db為探測(cè)器7探測(cè)到的光信號(hào)功率，Dc為探測(cè)器8探測(cè)到的光信號(hào)功率。
透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差正弦函數(shù)和有誤差余弦函數(shù)的光學(xué)元件，是光纖或是平面波導(dǎo)型光柵，且是長(zhǎng)周期型的或是啁啾型的或是斜光柵型；或是過耦合熔錐型耦合器，或由具有同樣透過率特性的薄膜型濾光片替代，或是多段同一類型或不同類型以上器件的復(fù)合。
具體解調(diào)方法如下1、系統(tǒng)定標(biāo)的步驟首先將已知波長(zhǎng)的光源替代解調(diào)系統(tǒng)光源，由圖1中Q點(diǎn)注入解調(diào)系統(tǒng)，將探測(cè)器6、7和8接收的光信號(hào)功率，經(jīng)信號(hào)處理模塊9處理得到透過率Ta和Tb及其比值，并得出該比值和相位Φ(λ)與標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的查找表格，存入信號(hào)處理模塊9的存儲(chǔ)器中，繼而將Q點(diǎn)連接。
2、測(cè)傳感量的步驟經(jīng)由上述定標(biāo)后的解調(diào)系統(tǒng)，將探測(cè)器6、7和8接收到的來自傳感頭11的光信號(hào)功率，經(jīng)信號(hào)處理模塊9得到Ta和Tb及其比值，由信號(hào)處理模塊9的存儲(chǔ)器中的查找表格得到與該比值最接近的相鄰的兩個(gè)或多個(gè)相位值和波長(zhǎng)值，再予以線性或非線性插值得到所測(cè)波長(zhǎng)值，繼而換算成對(duì)應(yīng)的被測(cè)傳感量。
顯然，上述解調(diào)方法僅適用于一個(gè)準(zhǔn)周期的情形，多個(gè)周期情形下，則將產(chǎn)生相位模糊。為消除這一問題，提高波長(zhǎng)測(cè)量范圍和分辨率，進(jìn)一步對(duì)光纖光柵4和5中至少一個(gè)元件的透過率函數(shù)中引入準(zhǔn)線性調(diào)制因子，如圖4a-c所示。
準(zhǔn)線性的元件是光纖或是平面波導(dǎo)型光柵，且是長(zhǎng)周期型的或是啁啾型的或是斜光柵型；或是過耦合熔錐型耦合器，或由具有同樣透過率特性的薄膜型濾光片替代，或是多段同一類型或不同類型以上器件的復(fù)合圖4-a中，Ta為光纖光柵4的透過率，λ為波長(zhǎng)，實(shí)線為標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線，虛線為引入準(zhǔn)線性調(diào)制因子的有誤差的正弦曲線；圖4-b中，Tb為光纖光柵5的透過率，λ為波長(zhǎng)，實(shí)線為標(biāo)準(zhǔn)余弦曲線，虛線為有誤差的余弦曲線。圖4-c中，Φ(λ)表示透過率Ta與透過率Tb所得的比值的反正切函數(shù)值，λ為波長(zhǎng)，虛實(shí)線分別表示Φ(λ)值在[-π，+π]的帶有誤差的相位和標(biāo)準(zhǔn)相位。各圖中實(shí)線所示的標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線、標(biāo)準(zhǔn)余弦曲線及標(biāo)準(zhǔn)相位三角折線，在此僅提供比較說明。
其中，對(duì)于虛線而言的式子表示如下Ta∝(A*λ+B)*sinΦ(λ)Tb∝cosΦ(λ)Φ(λ)≈arctg[(TaTb)/(A*λ+B)]]]>上述式子中∝為近似正比符號(hào)，≈為近似等于符號(hào)，A*λ+B為準(zhǔn)線性調(diào)制因子。
通過對(duì)A、B、Ta、Tb和Φ(λ)----λ對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定，在測(cè)得Ta和Tb后，由Ta、Tb和Ta/Tb比值決定λ所在區(qū)域，再由標(biāo)定的Φ(λ)----λ對(duì)應(yīng)關(guān)系得到所測(cè)波長(zhǎng)λ。如圖4a-c所示，X和Y線所對(duì)應(yīng)的Φ(λ)是相同的，但Ta/Tb比值則不同，由此區(qū)別Φ(λ)所在區(qū)域并由Φ(λ)----λ對(duì)應(yīng)關(guān)系得到所測(cè)波長(zhǎng)λ。
具體解調(diào)方法如下1、系統(tǒng)定標(biāo)的步驟首先將已知波長(zhǎng)的光源替代解調(diào)系統(tǒng)光源，由圖1中Q點(diǎn)注入解調(diào)系統(tǒng)，將探測(cè)器6、7和8監(jiān)測(cè)得的光功率，經(jīng)信號(hào)處理模塊9處理得到Ta和Tb及其比值，并對(duì)透過率Ta作最小二乘法擬合或高頻濾波處理，得出A和B常數(shù)。繼而，制成Ta、Tb及其比值和計(jì)算相位Φ(λ)與標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的查找表格，存入信號(hào)處理模塊9的存儲(chǔ)器中，并將Q點(diǎn)連接。
2、測(cè)傳感量的步驟經(jīng)由上述定標(biāo)后的解調(diào)系統(tǒng)，將探測(cè)器6、7和8接收到的來自傳感頭11的光信號(hào)功率，經(jīng)信號(hào)處理模塊9得到Ta和Tb及其比值，由信號(hào)處理模塊9的存儲(chǔ)器中的查找表格得到與Ta和Tb及其比值最接近的相鄰的兩個(gè)或多個(gè)相位值和波長(zhǎng)值，再予以線性或非線性插值得到所測(cè)波長(zhǎng)值，繼而換算成對(duì)應(yīng)的被測(cè)傳感量。
圖1中，光纖光柵4和5亦可是平面波導(dǎo)光柵，且可以是長(zhǎng)周期型的或是啁啾型的或是斜光柵型，亦可是過耦合熔錐型耦合器，亦可由具有同樣透過率特性的薄膜型濾光片替代，亦可是多段同一類型或不同類型以上器件的復(fù)合。
圖1中，上述準(zhǔn)線性調(diào)制因子功能亦可由另外引入透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為準(zhǔn)線性的元件實(shí)現(xiàn)，如光纖光柵或平面波導(dǎo)光柵，且可以是長(zhǎng)周期型的或是啁啾型的或是斜光柵型，亦可是過耦合熔錐型耦合器，亦可由具有同樣透過率特性的薄膜型濾光片替代，亦可是多段同一類型或不同類型以上器件的復(fù)合。
圖1中，上述準(zhǔn)線性調(diào)制因子功能亦可進(jìn)一步由多項(xiàng)式或其他形式的調(diào)制因子替代。
在圖1中由Q點(diǎn)插入可調(diào)諧濾波器，則系統(tǒng)可用于多個(gè)波長(zhǎng)光纖光柵傳感頭的測(cè)量。
在圖2中，第二個(gè)耦合器件3設(shè)計(jì)成3-1、3-2、......3-n帶通型耦合器，光學(xué)元件4和光學(xué)元件5分別設(shè)計(jì)成4-1、4-2、......4-n和5-1、5-2、......5-n，及探測(cè)器6、7和8分別設(shè)計(jì)成6-1、6-2、......6-n，7-1、7-2、......7-n，和8-1、8-2、......8-n，則可用于多個(gè)波長(zhǎng)光纖光柵傳感頭的測(cè)量。
本發(fā)明所述的解調(diào)系統(tǒng)和解調(diào)方法同樣適合于其它要求測(cè)量波長(zhǎng)的傳感器或激光或通信系統(tǒng)的場(chǎng)合。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，包括解調(diào)系統(tǒng)和光纖光柵傳感頭組成，其特征在于所述的解調(diào)系統(tǒng)包括一個(gè)光源；二個(gè)耦合器第一個(gè)耦合器和第二個(gè)耦合器，在二個(gè)耦合器之間的連接點(diǎn)為Q點(diǎn)；一個(gè)透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差的正弦函數(shù)的光學(xué)元件；一個(gè)透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差的余弦函數(shù)的光學(xué)元件；至少三個(gè)探測(cè)器；一個(gè)信號(hào)處理模塊；一個(gè)顯示模塊；所述的光源將光波通過所述的第一個(gè)耦合器，傳至所述的光纖光柵傳感頭，所述的光柵傳感頭經(jīng)被測(cè)量作用后，反射光波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，再經(jīng)所述的第一和第二個(gè)耦合器，分別通過所述的透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差的正弦函數(shù)的光學(xué)元件和透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差的余弦函數(shù)的光學(xué)元件及光功率監(jiān)測(cè)端輸出，由所述的探測(cè)器探測(cè)后經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊處理后輸出所測(cè)波長(zhǎng)移動(dòng)量和其對(duì)應(yīng)的被測(cè)量值至該顯示模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的光源是連續(xù)的或是脈沖的。
3.如權(quán)利要求1所述的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差正弦函數(shù)和有誤差余弦函數(shù)的光學(xué)元件，是光纖或是平面波導(dǎo)型光柵，且是長(zhǎng)周期型的或是啁啾型的或是斜光柵型；或是過耦合熔錐型耦合器，或由具有同樣透過率特性的薄膜型濾光片替代，或是多段同一類型或不同類型以上器件的復(fù)合。
4.如權(quán)利要求1所述的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為有誤差的余弦及有誤差的正弦函數(shù)的光學(xué)元件中至少一個(gè)的函數(shù)可引入準(zhǔn)線性調(diào)制因子。
5.如權(quán)利要求1所述的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的第一個(gè)耦合器是2*1耦合器，或是2*2耦合器，或由環(huán)形器代替；所述的第二個(gè)耦合器是1*3耦合器，或是兩個(gè)2*2耦合器串接而成。
6.如權(quán)利要求4所述的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于所述的準(zhǔn)線性調(diào)制因子功能由另外引入透過率與波長(zhǎng)關(guān)系為準(zhǔn)線性的元件實(shí)現(xiàn)，該準(zhǔn)線性的元件是光纖或是平面波導(dǎo)型光柵，且是長(zhǎng)周期型的或是啁啾型的或是斜光柵型；或是過耦合熔錐型耦合器，或由具有同樣透過率特性的薄膜型濾光片替代，或是多段同一類型或不同類型以上器件的復(fù)合。
7.如權(quán)利要求1所述的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于在所述的Q點(diǎn)插入可調(diào)諧濾波器；或?qū)⑺龅牡诙€(gè)耦合器設(shè)計(jì)成帶通型耦合器，并將系統(tǒng)中所述的Q點(diǎn)至探測(cè)器部分作為一個(gè)單元，采用多單元并接，用于多個(gè)波長(zhǎng)光纖光柵傳感頭的測(cè)量。
8.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1中的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)的方法，其特征在于所述的方法包括(1)系統(tǒng)定標(biāo)的步驟首先將已知波長(zhǎng)的光信號(hào)替代所述的光源和光纖光柵傳感頭從解調(diào)系統(tǒng)中的一個(gè)光纖連接點(diǎn)(Q點(diǎn))注入所述的解調(diào)系統(tǒng)，將所述的三個(gè)探測(cè)器接收到的分別通過透過率與波長(zhǎng)λ關(guān)系為有誤差的正弦函數(shù)的光學(xué)元件及透過率與波長(zhǎng)λ關(guān)系為有誤差的余弦函數(shù)的光學(xué)元件和監(jiān)測(cè)端的光功率Da、Db和Dc，送經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊處理得到所述兩光學(xué)元件的透過率Ta和Tb及其比值，進(jìn)而得出Ta/Tb及其反正切函數(shù)值Φ(λ)與標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的查找表格，并存入所述的信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)器中，并將光纖連接點(diǎn)(Q點(diǎn))恢復(fù)連接；(2)測(cè)傳感量的步驟經(jīng)由上述定標(biāo)后的解調(diào)系統(tǒng)，將所述的探測(cè)器接收到的來自所述的光纖光柵傳感頭的光功率Da、Db和Dc，經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊得到所述的透過率Ta和Tb及其比值，由該信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)器中的查找表格，得到與該比值最接近的相鄰的兩個(gè)或多個(gè)相位值和波長(zhǎng)值，再予以線性或非線性插值得到所測(cè)波長(zhǎng)值，繼而換算成對(duì)應(yīng)的被測(cè)傳感量。
9.如權(quán)利要求8所述的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)的方法，其特征在于所述的透過率Ta、透過率Tb、波長(zhǎng)λ值和兩信號(hào)比值的反正切函數(shù)值Φ(λ)值的相互之間的數(shù)學(xué)關(guān)系為Ta∝sinΦ(λ)Tb∝cosΦ(λ)，Φ(λ)≈arctg(TaTb)]]>上述式子中∝為近似正比符號(hào)，≈為近似等于符號(hào)。
10.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1中的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)的方法，其特征在于所述的方法包括(1)系統(tǒng)定標(biāo)的步驟首先將已知波長(zhǎng)的光信號(hào)替代所述的光源和光纖光柵傳感頭從解調(diào)系統(tǒng)中的一個(gè)光纖連接點(diǎn)(Q點(diǎn))注入所述的解調(diào)系統(tǒng)，將所述的三個(gè)探測(cè)器接收到的分別通過透過率與波長(zhǎng)λ關(guān)系為有誤差的正弦函數(shù)的光學(xué)元件及透過率與波長(zhǎng)λ關(guān)系為有誤差的余弦函數(shù)的光學(xué)元件和監(jiān)測(cè)端的光功率Da、Db和Dc，送經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊處理得到所述兩光學(xué)元件的透過率Ta和Tb及其比值，經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊對(duì)帶有準(zhǔn)線性調(diào)制因子的透過率Ta作最小二乘法擬合或高頻濾波處理，得出A和B常數(shù)，繼而，得出Ta、Tb、Ta/Tb及其反正切函數(shù)值Φ(λ)與標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的查找表格，存入所述的信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)器中，并將光纖連接點(diǎn)(Q點(diǎn))恢復(fù)連接；(2)測(cè)傳感量的步驟經(jīng)由上述定標(biāo)后的解調(diào)系統(tǒng)，將所述的探測(cè)器接收到的來自所述的光纖光柵傳感頭的光信號(hào)功率Da、Db和Dc，送經(jīng)所述的信號(hào)處理模塊處理得到所述兩光學(xué)元件的透過率Ta和Tb及其比值，由該信號(hào)處理模塊的存儲(chǔ)器中的查找表格，得到與Ta和Tb及其比值最接近的相鄰的兩個(gè)或多個(gè)相位值和波長(zhǎng)值，再予以線性或非線性插值得到所測(cè)波長(zhǎng)值，繼而換算成對(duì)應(yīng)的被測(cè)傳感量。
11.如權(quán)利要求10所述的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)的方法，其特征在于所述的透過率Ta、常數(shù)A和B、透過率Tb、波長(zhǎng)λ值和兩信號(hào)比值的反正切函數(shù)值Φ(λ)值的相互之間的數(shù)學(xué)關(guān)系為Ta∝(A*λ+B)*sinΦ(λ)Tb∝cosΦ(λ)Φ(λ)≈arctg[(TaTb)/(A*λ+B)]]]>上述式子中∝為近似正比符號(hào)，≈為近似等于符號(hào)，A*λ+B為準(zhǔn)線性調(diào)制因子。
12.如權(quán)利要求11所述的超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)的方法，其特征在于其所述的準(zhǔn)線性調(diào)制因子A*λ+B可由多項(xiàng)式或其他形式的調(diào)制因子替代。
全文摘要
一種超高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。通過對(duì)探測(cè)器分別接收到的透過率與波長(zhǎng)關(guān)系各為有誤差的正弦函數(shù)及有誤差的余弦函數(shù)的兩個(gè)光學(xué)元件及監(jiān)測(cè)端的已知波長(zhǎng)光信號(hào)功率處理，得出兩透過率及其比值和該比值的反正切函數(shù)值Φ(λ)值與標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的查找表格，存入解調(diào)系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定標(biāo)，通過對(duì)探測(cè)器接收到的來自光纖光柵傳感頭的光信號(hào)功率，經(jīng)處理，得到上述兩透過率及其比值，由系統(tǒng)存儲(chǔ)器中的查找表格，得到與透過率及其比值最接近的相鄰的兩個(gè)或多個(gè)相位值和波長(zhǎng)值，再予以線性或非線性插值得到所測(cè)波長(zhǎng)值，換算成對(duì)應(yīng)的被測(cè)傳感量。本發(fā)明具有超高解調(diào)速度、解調(diào)范圍寬、分辨率高及成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1494237SQ0213765
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月28日
發(fā)明者韋春龍 申請(qǐng)人:上海紫珊光電技術(shù)有限公司