专利名称：光纤光栅解调系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤光栅解调系统，尤其是涉及一种能增强测量值重复性的 光纤光栅解调系统，用于自动化测量领域。
背景技术：
在工业领域的众多行业中，光纤传感器由于其本质安全特性，特别适合于易燃、易 爆、强电磁场场所的传感应用要求，可以方便、准确和有效地对各种环境尤其是各种恶劣环 境中有关物理量、化学量和生物量的检测。光纤信息容量大，在一根光纤上可制备多个甚 至数百个探测点，并可进行时分复用、波分复用，实现分布式测量和网络化监控。光纤自身 体积小、纤细柔软，特别适用于一些复杂结构空间的检测，也可埋入材料、结构件和工程设 施内部，在其工作期间实现它们的状态自诊断而不损坏其结构。通过在光纤中形成光栅而 制备的光纤光栅传感器，由于其传感信号以波长调制，不受光强、连接损耗等因素影响，因 而具有高可靠性、高灵敏度与高精度，同时易于实现数字化传输等等，光纤传感器的这些传 感机制和特点，使其可以广泛地用于大型建筑结构监测、电力、水利、石油、化工、冶金、核工 业、国防军工等领域。光纤光栅传感器的中心波长通常与其所受的温度和应变相关，在不受应力的情况 下，光纤光栅的中心波长只与温度相关，因此根据此原理，只要测量出光纤光栅传感器的中 心波长，就可以计算出温度值，因此可以将光纤光栅制作成光纤光栅温度传感器和光纤光 栅应变传感器。而光纤光栅解调系统通常由光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪和计算机组成，基 于可调法布里_珀罗滤波器原理的光纤光栅解调系统的核心器件为可调法布里_珀罗滤 波器，可调法布里-珀罗滤波器(Fabry-Perot滤波器)的功能是当一束宽带光入射F-P 腔，只有满足一定条件的窄带光通过(该窄带光的谱宽小于0. 3nm)，透射光谱的中心波长 与F-P腔的腔长相对应，而F-P腔的腔长又是和驱动电压相对应的，因此在不同的电压驱动 下，有中心波长不同的窄带光通过F-P滤波器。但是，由于可调法布里-珀罗滤波器的结构 是由两块互相平行的玻璃或石英板、两个透镜和压电体组成，压电体具有蠕变性和回滞性 等非线性特征，正是这些特征使得波长的测量值的重复性很差，另一方面虽然光在光纤中 的传播速度很快，但是在长距离的光纤光栅解调系统中，光纤长度对测量值的影响仍然不 能忽视。
实用新型内容为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种能够自动消除光纤长 度对测量值的影响，使得测量值重复性好的光纤光栅解调系统。本实用新型是通过以下技术方案来实现的—种光纤光栅解调系统，包括光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪和计算机，其中， 光纤光栅解调仪连接多个测量通道，每个测量通道与多个光纤光栅传感器连接，而光纤光
3栅解调器则与计算机连接，其特征在于，所述的光纤光栅解调仪包括宽带光源、法布里_珀 罗滤波器、光路耦合器、光电探测器、高稳定性标准具、扫描电压电路、信号调理电路和数据 采集处理模块，其中，宽带光源与法布里_珀罗滤波器连接，法布里_珀罗滤波器与一分光 光路连接，所述的分光光路包括一个1 XN光路耦合器和多个1 X 2光路耦合器，其中，多个 1 χ 2光路耦合器分别连接到光电探测器，而1XN光路耦合器的其中一路光路则和高稳定 性标准具相连，高稳定性标准具同时和光路探测器相连，而光电探测器则通过信号调理电 路与数据采集处理模块连接。本实用新型的有益效果是本实用新型所述的光纤光栅解调系统内置高稳定性 标准具，其波长基本不受环境的影响，且该高稳定性标准具的波长范围很宽，完全能覆盖 1525 1565nm的波长范围，同时本实用新型可对每次测量结果进行校正，从而消除了由 于可调法布里_珀罗滤波器的蠕变性和回滞性所造成的影响，使测量值达到了很好的重复 性。
图1为本实用新型一实施例的整体结构示意图；图2为本实用新型所述的光纤光栅解调仪的内部结构示意图。图中主要附图标记含义为1、计算机2、光纤光栅解调仪 3、光纤光栅传感器21、法布里-珀罗滤波器22、IXN光路耦合器23、1X2光路耦合器24、高稳定性标准具 25、光电探测器 26、信号调理电路27、数据采集处理模块 28、扫描电压电路 29、宽带光源
具体实施方式
下面将结合附图，详细说明本实用新型的具体实施方式
图1为本实用新型一实施例的整体结构示意图。如图1所示光纤光栅解调系统，包括光纤光栅传感器3、光纤光栅解调仪2和计 算机1，其中，光纤光栅解调仪2上有多个测量通道，每个测量通道与若干个光纤光栅传感 器3连接，而光纤光栅解调仪2与计算机1之间则通过高速数据通信接口连接。另外，光纤 光栅解调仪2可以接收计算机1的控制命令，也可以将其各测量通道的测量数据发送到计 算机1进行存储、计算和图形显示等，计算机1具有参数设置、图形显示、过程线显示、数据 计算、数据表格显示、数据存储、数据导出和数据报警等功能，测量数据每隔一定时间刷新 一次。图2为本实用新型所述的光纤光栅解调仪的内部结构示意图。如图2所示所述的光纤光栅解调仪2包括宽带光源29、法布里-珀罗滤波器21、 光路耦合器、光电探测器25、高稳定性标准具24、扫描电压电路28、信号调理电路26和数 据采集处理模块27，其中，宽带光源29与法布里-珀罗滤波器21连接，法布里-珀罗滤波 器21与一分光光路连接，所述的分光光路包括一个IXN光路耦合器22和多个1X2光路 耦合器23，其中，多个1 X 2光路耦合器22分别连接到光电探测器25，而1 XN光路耦合器 的其中一路光路则和高稳定性标准具24相连，高稳定性标准具24同时和光路探测器25相连，而光电探测器25则通过信号调理电路26与数据采集处理模块27连接。宽带光源(ASE光源)又称为放大自辐射光源，其是基于半导体激光器泵浦掺饵 光纤产生自发辐射光原理，宽带光源的波谱范围1525 1565nm，可调法布里一珀罗滤波器 21 (Fabry-Perot滤波器)的功能是当一束宽带光入射F-P腔时，只有满足一定条件的窄 带光出射(该窄带光的谱宽小于0. 3nm)，出射光谱的中心波长与F-P腔的腔长相对应，而 F-P腔的腔长又是和驱动电压相对应的，因此不同的驱动电压对应不同中心波长的窄带光 射出F-P滤波器，上述的扫描电压电路28给F-P滤波器提供特定波形的扫描电压，1 XN光 路耦合器22为1X5分光器，其中一路光路连接高稳定性标准具24，该高稳定性标准具24 的波谱范围覆盖了宽带光源的全部波谱范围，每个波峰之间的间隔为100GHz，即0. 8nm，则 在1525 1565nm范围大约有40个波峰，1 X 2光路耦合器分别连接测量通道，各个测量通 道的反射光经1X2光路耦合器分别连接到光电探测器25，高稳定性标准具24的透射光也 连接到光电探测器25，光电探测器25的功能是进行光电转换，经后续放大电路转换成模拟 电压，信号调理电路26的作用是I/V转换，信号放大及滤波，而数据采集处理模块27的功 能是对信号调理电路26的模拟输出电压进行A/D采样、数据存储，同时它控制扫描电压电 路28输出指定的电压波形，另外，数据采集处理模块27通过高速数据通信接口和计算机1 进行数据通信。带光纤长度修正的光纤光栅解调系统内置高稳定性标准具24，其波长基本不受环 境的影响，且该高稳定性标准具的波长范围很宽，完全能覆盖1525 1565nm的波长范围， 本实用新型对每次测量结果都进行了校正，从而消除了由于可调法布里-珀罗滤波器21的 蠕变性和回滞性所造成的影响，达到了很好的重复性。以上已以较佳实施例公开了本实用新型，然其并非用以限制本实用新型，凡采用 等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种光纤光栅解调系统，包括光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪和计算机，其中，光纤光栅解调仪连接多个测量通道，每个测量通道与多个光纤光栅传感器连接，而光纤光栅解调器则与计算机连接，其特征在于，所述的光纤光栅解调仪包括宽带光源、法布里 珀罗滤波器、光路耦合器、光电探测器、高稳定性标准具、扫描电压电路、信号调理电路和数据采集处理模块，其中，宽带光源与法布里 珀罗滤波器连接，法布里 珀罗滤波器与一分光光路连接，所述的分光光路包括一个1×N光路耦合器和多个1×2光路耦合器，其中，多个1×2光路耦合器分别连接到光电探测器，而1×N光路耦合器的其中一路光路则和高稳定性标准具相连，高稳定性标准具同时和光路探测器相连，而光电探测器则通过信号调理电路与数据采集处理模块连接。
专利摘要本实用新型公开了一种光纤光栅解调系统，包括光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪和计算机，光纤光栅解调仪包括宽带光源、法布里-珀罗滤波器、光路耦合器、光电探测器、高稳定性标准具、扫描电压电路、信号调理电路和数据采集处理模块，宽带光源与法布里-珀罗滤波器连接，所述的分光光路包括一个1×N光路耦合器和多个1×2光路耦合器，其中，多个1×2光路耦合器分别连接到光电探测器，而1×N光路耦合器的其中一路光路则和高稳定性标准具相连，高稳定性标准具同时和光路探测器相连，而光电探测器则通过信号调理电路与数据采集处理模块连接。本实用新型消除了由于可调法布里-珀罗滤波器的蠕变性和回滞性所造成的影响，达到了很好的重复性。
文档编号G02F2/00GK201654405SQ201020141018
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者刘果, 叶宗顺, 李桂平, 王军涛, 邹念椿 申请人:国网电力科学研究院;南京南瑞集团公司