CN110763324B - 一种光纤光栅解调*** - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种光纤光栅解调***，通过在可调谐窄带光源中设置对第一压电陶瓷通以锯齿波电压调制时，可调谐窄带光源的光谱可在一定地范围进行扫描，当波长正好等于传感光纤光栅的反射波长时，探测器输出最强，同时提高了测量精度；当应力、温度等被测物理量发生变化时，干涉条纹将出现移动，相位亦变化，引起传感光纤光栅与参考光纤光栅的反射波长失配，锯齿波发生器产生锯齿波过驱动第二压电陶瓷，使传感光纤光栅与参考光纤光栅重新匹配，这样根据锯齿波的电压值即解调出波长信息，从而得到温度、应力等被测量的变化，本发明的光纤光栅解调***结构简单，信噪比高，可达到较高的分辨率。

Description

一种光纤光栅解调***
技术领域
本发明涉及光传感领域，尤其涉及一种光纤光栅解调***。
背景技术
光纤光栅振动传感技术因其具有不受电磁干扰、现场无需供电、长期可靠性和稳定性好，传输距离远等优点，安防领域中得到了普遍的应用。光纤光栅振动传感***的关键是光源。而光源一般用可调谐半导体激光器，可调谐半导体激光器是下一代光纤通信***和新型测试测量领域中关键的光电子器件之一。由于可调谐半导体激光器采用激光器原理，其输出激光的谱密度很高，容易损坏干涉仪，并且在光纤光栅振动传感技术中，由于光源的问题，易导致光纤光栅解调***的测量精度降低，因此，为解决上述问题，本发明提供一种光纤光栅解调***，可以降低可调谐半导体激光器的光功率，降低激光对干涉仪的损坏，并且在解调温度和应力引起光栅相位变化时，引入参考信号，提高***的信噪比，可达到较高的分辨率。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种光纤光栅解调***，可以降低可调谐半导体激光器的光功率，降低激光对干涉仪的损坏，并且在解调温度和应力引起光栅相位变化时，引入参考信号，提高***的信噪比，可达到较高的分辨率。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种光纤光栅解调***，其包括可调谐窄带光源、第一3db耦合器、传感光纤光栅、干涉单元、探测单元和参考单元，可调谐窄带光源包括半导体光放大器、环形器、可调谐光衰减器、非平衡M-Z干涉仪、第一压电陶瓷、锯齿波发生器和隔离器；
半导体光放大器发出自发辐射光，并由环形器的2端口进入3端口中，光信号经过可调谐光衰减器衰减、非平衡M-Z干涉仪滤波后，通过环形器的1端口进入2端口，再通过半导体光放大器放大、隔离器隔离后输出至第一3db耦合器的输入端，第一3db耦合器将光信号一分为二，并将两光路分别记为第一支路和第二支路，第一支路的光信号输出至传感光纤光栅，第二支路的光信号输出至匹配液，光信号在传感光纤光栅的反射信号被耦合进入非平衡M-Z干涉仪，其一臂缠绕在受锯齿波发生器信号驱动的第一压电陶瓷上用以改变两臂间的光程差，非平衡M-Z干涉仪的输出端的光信号通过参考单元输出至探测单元。
在以上技术方案的基础上，优选的，参考单元包括第二3db耦合器、参考光纤光栅、第一光电探测器和带通滤波器；
非平衡M-Z干涉仪的输出端与第二3db耦合器的输入端相连，第二3db耦合器将光信号分成两路，其中一路光信号输出至参考光纤光栅，另一路光信号输出至匹配液，第二3db耦合器输出至匹配液的输出端通过第一光电探测器与带通滤波器的输入端电性连接，带通滤波器的输出端与探测单元电性连接。
进一步优选的，干涉单元包括第三3db耦合器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、第二压电陶瓷和锯齿波发生器；
第一3db耦合器的输出端输出传感光纤光栅的反射信号至第三3db耦合器的输入端，第三3db耦合器将光信号分成两条光路，分别记为第一光路和第二光路，第一光路上光信号输出至第一法拉第旋转镜，第三3db耦合器至第一法拉第旋转镜的光纤缠绕在第二压电陶瓷上，第二压电陶瓷与第一法拉第旋转镜轴向相连，锯齿波发生器生成锯齿波并加载在第二压电陶瓷上驱动第二压电陶瓷发生伸缩变形，第二光路上的光信号输出至第二法拉第旋转镜，第三3db耦合器的输出端输出光信号至探测单元。
进一步优选的，探测单元包括顺次电性连接的第二光电探测器、信号放大器、滤波器和相位计；
第三3db耦合器的输出端输出光信号被第二光电探测器探测到，第二光电探测器将光信号转换成电信号，该电信号依次经过信号放大器放大和滤波器滤波后到达相位计的输入端，带通滤波器输出端输出的信号作为参考波发送至相位计的另一个输入端，相位计的输出端输出相位信号。
本发明的一种光纤光栅解调***相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过在可调谐窄带光源中设置对第一压电陶瓷通以锯齿波电压调制时，可调谐窄带光源的光谱可在一定地范围进行扫描，当波长正好等于传感光纤光栅的反射波长时，探测器输出最强，同时提高了测量精度；
(2)可调谐窄带光源采用主放大器架构，利用半导体光放大器自发辐射光经过非平衡M-Z干涉仪调制再返回经过半导体光放大器放大输出，最大的输出光功率也是由半导体光放大器的饱和输出功率决定，可以近似约等于半导体光放大器的饱和输出功率，所以可调谐窄带光源输出光功率与扫频激光器光源在一个数量级上，其信噪比比扫频激光器光源低了约两个数量级，减少激光对非平衡M-Z干涉仪的损坏；
(3)在温度不变的情况下，可以调节锯齿波发生器产生的锯齿波信号的幅值及直流电平的大小，使干涉仪输出信号的变化频率与带通滤波器输出的参考信号的频率一致，此时相位计所探测的值与施加在传感光纤光栅上的待测应变成正比，而参考信号的相位与之无关，因此相位计探测的相位变化实际上为待测信号相位的变化；
(4)当应力、温度等被测物理量发生变化时，干涉条纹将出现移动，相位亦变化，引起传感光纤光栅与参考光纤光栅的反射波长失配，锯齿波发生器产生锯齿波过驱动第二压电陶瓷，使传感光纤光栅与参考光纤光栅重新匹配，这样根据锯齿波的电压值即解调出波长信息，从而得到温度、应力等被测量的变化，本发明的光纤光栅解调***结构简单，信噪比高，可达到较高的分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种光纤光栅解调***的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种光纤光栅解调***，其包括可调谐窄带光源、第一3db耦合器、传感光纤光栅、干涉单元、探测单元和参考单元。
进一步优选的，可调谐窄带光源包括半导体光放大器、环形器、可调谐光衰减器、非平衡M-Z干涉仪、第一压电陶瓷、锯齿波发生器和隔离器；具体的，半导体光放大器发出自发辐射光，并由环形器的2端口进入3端口中，光信号经过可调谐光衰减器衰减、非平衡M-Z干涉仪滤波后，通过环形器的1端口进入2端口，再通过半导体光放大器放大、隔离器隔离后输出至第一3db耦合器的输入端，第一3db耦合器将光信号一分为二，并将两光路分别记为第一支路和第二支路，第一支路的光信号输出至传感光纤光栅，第二支路的光信号输出至匹配液，光信号在传感光纤光栅的反射信号被耦合进入非平衡M-Z干涉仪，其一臂缠绕在受锯齿波发生器信号驱动的第一压电陶瓷上用以改变两臂间的光程差，由于非平衡M-Z干涉仪的两臂间存在光程差，因此，非平衡M-Z干涉仪的输出端有光信号输出，该光信号通过参考单元输出至探测单元。
其中，对第一压电陶瓷通以锯齿波电压调制时，可调谐窄带光源的光谱可在一定地范围进行扫描，当波长正好等于传感光纤光栅的反射波长时，探测器输出最强；
可调谐窄带光源采用主放大器架构，利用半导体光放大器自发辐射光经过非平衡M-Z干涉仪调制再返回经过半导体光放大器放大输出，最大的输出光功率也是由半导体光放大器的饱和输出功率决定，可以近似约等于半导体光放大器的饱和输出功率，所以可调谐窄带光源输出光功率与扫频激光器光源在一个数量级上，其信噪比比扫频激光器光源低了约两个数量级，减少激光对非平衡M-Z干涉仪的损坏。
进一步优选的，参考单元包括第二3db耦合器、参考光纤光栅、第一光电探测器和带通滤波器；具体的，非平衡M-Z干涉仪的输出端与第二3db耦合器的输入端相连，第二3db耦合器将光信号分成两路，其中一路光信号输出至参考光纤光栅，另一路光信号输出至匹配液，第二3db耦合器输出至匹配液的输出端通过第一光电探测器与带通滤波器的输入端电性连接，带通滤波器的输出端与探测单元电性连接。
进一步优选的，干涉单元包括第三3db耦合器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、第二压电陶瓷和锯齿波发生器；具体的，第一3db耦合器的输出端输出传感光纤光栅的反射信号至第三3db耦合器的输入端，第三3db耦合器将光信号分成两条光路，分别记为第一光路和第二光路，第一光路上光信号输出至第一法拉第旋转镜，第三3db耦合器至第一法拉第旋转镜的光纤缠绕在第二压电陶瓷上，第二压电陶瓷与第一法拉第旋转镜轴向相连，锯齿波发生器生成锯齿波并加载在第二压电陶瓷上驱动第二压电陶瓷发生伸缩变形，第二光路上的光信号输出至第二法拉第旋转镜，第三3db耦合器的输出端输出光信号至探测单元。其中，可调谐窄带光源输出光信号经第一3db耦合器到达传感光纤光栅，光信号在传感光纤光栅中发生反射，该反射信号被第一3db耦合器耦合进入干涉仪和可调谐窄带光源中，由于干涉仪两臂存在光程差，因此，光信号在干涉仪中被调制，克服干涉仪的偏振衰落现象，保证干涉仅输出信号具有高的消光比；
探测单元探测干涉单元输出的光信号，并将该光信号转换为电信号，经过信号放大滤波处理后输出相位信息。进一步优选的，探测单元包括顺次电性连接的第二光电探测器、信号放大器、滤波器和相位计；第三3db耦合器的输出端输出光信号被第二光电探测器探测到，第二光电探测器将光信号转换成电信号，该电信号依次经过信号放大器放大和滤波器滤波后到达相位计的输入端，带通滤波器输出端输出的信号作为参考波发送至相位计的另一个输入端，相位计的输出端输出相位信号。
其中，在温度不变的情况下，可以调节锯齿波发生器产生的锯齿波信号的幅值及直流电平的大小，使干涉仪输出信号的变化频率与带通滤波器输出的参考信号的频率一致，此时相位计所探测的值与施加在传感光纤光栅上的待测应变成正比，而参考信号的相位与之无关，因此相位计探测的相位变化实际上为待测信号相位的变化；
当应力、温度等被测物理量发生变化时，干涉条纹将出现移动，相位亦变化，引起传感光纤光栅与参考光纤光栅的反射波长失配，锯齿波发生器产生锯齿波过驱动第二压电陶瓷，使传感光纤光栅与参考光纤光栅重新匹配，这样根据锯齿波的电压值即解调出波长信息，从而得到温度、应力等被测量的变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光纤光栅解调***，其包括可调谐窄带光源、第一3db耦合器、传感光纤光栅、干涉单元、探测单元和参考单元，其特征在于：所述可调谐窄带光源包括半导体光放大器、环形器、可调谐光衰减器、非平衡M-Z干涉仪、第一压电陶瓷、锯齿波发生器和隔离器；
所述半导体光放大器发出自发辐射光，并由环形器的2端口进入3端口中，光信号经过可调谐光衰减器衰减、非平衡M-Z干涉仪滤波后，通过环形器的1端口进入2端口，再通过半导体光放大器放大、隔离器隔离后输出至第一3db耦合器的输入端，第一3db耦合器将光信号一分为二，并将两光路分别记为第一支路和第二支路，第一支路的光信号输出至传感光纤光栅，第二支路的光信号输出至匹配液，光信号在传感光纤光栅的反射信号被耦合进入非平衡M-Z干涉仪，其一臂缠绕在受锯齿波发生器信号驱动的第一压电陶瓷上用以改变两臂间的光程差，非平衡M-Z干涉仪的输出端的光信号通过参考单元输出至探测单元。
2.如权利要求1所述的一种光纤光栅解调***，其特征在于：所述参考单元包括第二3db耦合器、参考光纤光栅、第一光电探测器和带通滤波器；
所述非平衡M-Z干涉仪的输出端与第二3db耦合器的输入端相连，第二3db耦合器将光信号分成两路，其中一路光信号输出至参考光纤光栅，另一路光信号输出至匹配液，第二3db耦合器输出至匹配液的输出端通过第一光电探测器与带通滤波器的输入端电性连接，带通滤波器的输出端与探测单元电性连接。
3.如权利要求2所述的一种光纤光栅解调***，其特征在于：所述干涉单元包括第三3db耦合器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜和第二压电陶瓷；
所述第一3db耦合器的输出端输出传感光纤光栅的反射信号至第三3db耦合器的输入端，第三3db耦合器将光信号分成两条光路，分别记为第一光路和第二光路，第一光路上光信号输出至第一法拉第旋转镜，第三3db耦合器至第一法拉第旋转镜的光纤缠绕在第二压电陶瓷上，第二压电陶瓷与第一法拉第旋转镜轴向相连，锯齿波发生器生成锯齿波并加载在第二压电陶瓷上驱动第二压电陶瓷发生伸缩变形，第二光路上的光信号输出至第二法拉第旋转镜，第三3db耦合器的输出端输出光信号至探测单元。
4.如权利要求3所述的一种光纤光栅解调***，其特征在于：所述探测单元包括顺次电性连接的第二光电探测器、信号放大器、滤波器和相位计；
所述第三3db耦合器的输出端输出光信号被第二光电探测器探测到，第二光电探测器将光信号转换成电信号，该电信号依次经过信号放大器放大和滤波器滤波后到达相位计的输入端，带通滤波器输出端输出的信号作为参考波发送至相位计的另一个输入端，相位计的输出端输出相位信号。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113310564B (zh) * 2021-05-08 2024-01-09 武汉理工大学 一种油井套管的振动参量和温度参量的测量***及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4224744A1 (de) * 1992-07-27 1994-02-03 Abb Research Ltd Vorrichtung zur Detektion loser Metallteilchen in gasisolierten Hochspannungs-Schaltanlagen
CN1349291A (zh) * 2000-10-12 2002-05-15 中国科学技术大学 光纤环形调q激光器
CN103983209A (zh) * 2014-05-22 2014-08-13 天津大学 用于光纤干涉条纹投射三维形貌测量的条纹相位稳定方法
CN109724685A (zh) * 2018-12-10 2019-05-07 武汉理工大学 基于Fizeau干涉的光纤光栅水声传感阵列解调方法及***
CN109990813A (zh) * 2019-03-19 2019-07-09 北京航天时代光电科技有限公司 一种基于宽带可调谐光源的光纤光栅波长解调装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4224744A1 (de) * 1992-07-27 1994-02-03 Abb Research Ltd Vorrichtung zur Detektion loser Metallteilchen in gasisolierten Hochspannungs-Schaltanlagen
CN1349291A (zh) * 2000-10-12 2002-05-15 中国科学技术大学 光纤环形调q激光器
CN103983209A (zh) * 2014-05-22 2014-08-13 天津大学 用于光纤干涉条纹投射三维形貌测量的条纹相位稳定方法
CN109724685A (zh) * 2018-12-10 2019-05-07 武汉理工大学 基于Fizeau干涉的光纤光栅水声传感阵列解调方法及***
CN109990813A (zh) * 2019-03-19 2019-07-09 北京航天时代光电科技有限公司 一种基于宽带可调谐光源的光纤光栅波长解调装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A modified phase generation carrier technique for fiber-optic distributed disturbance sensor;Wentai Lin 等;《Optik - International Journal for Light and Electron Optics》;20140228;第125卷(第3期);第942-945页 *
基于单片机的光纤光栅解调仪;张嵩 等;《中国测试》;20091130;第35卷(第6期);第67-69页 *

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