專利名稱：雙波長高精度強度調(diào)制型光纖傳感器補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙波長高精度強度調(diào)制型光纖傳感器補償方法。
為使強度調(diào)制型光纖傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作，必須采用適當?shù)难a償方法以克服各種外界因素諸如光源發(fā)光功率，光纖損耗以及光電探測器響應(yīng)度變化對測量造成的不利影響。雙波長補償法是一種較常用的補償方法，其基本思想是使不同波長的光在同一路徑中傳輸，只是在傳感單元中兩種波長的光所受調(diào)制不同，這樣通過兩者比較，可以消除相同路徑中光纖損耗及光源發(fā)光功率對測量的影響，達到補償?shù)男Ч?br> 現(xiàn)有的雙波長光纖傳感器補償方法不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且不能對各種主要外界擾動全部進行補償，因而無法滿足高精度測量的要求。例如美國專利4，356，396號所述的補償方法，采用四個光電探測器，兩個光分路器，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且四個光電探測器的響應(yīng)度，光分路器的分束比以及光源發(fā)光光譜的變化對測量產(chǎn)生的影響都無法補償，因此難以實現(xiàn)高精度測量。
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有雙波長強度調(diào)制型光纖傳感器補償方法之不足，提高光纖傳感器的精度。
本發(fā)明的實施方案如下附

圖1是雙波長高精度強度調(diào)制型光纖傳感器補償原理示意圖。如附圖寬光譜光源(1)發(fā)出的光經(jīng)帶通濾光片(3)或帶通濾光片(4)，其光譜分別變?yōu)橹行牟ㄩL為λ1或λ2，帶寬為△λ的窄帶光譜。步進電機(7)帶動轉(zhuǎn)盤(20)和轉(zhuǎn)動光闌(5)將兩種波長的光交替地射入光纖(8)和光纖(9)。光闌(5)轉(zhuǎn)動頻率為轉(zhuǎn)盤(20)的兩倍，(6)為光闌(5)的轉(zhuǎn)軸。其工作時序如下狀態(tài)1時，濾光片(3)位于光源(1)前，透過光的中心波長為λ1，光闌(5)的通光孔位于光纖(8)前，波長λ1的光耦合進光纖(8);
狀態(tài)2時，濾光片(3)位置不變，將光闌(5)的通光孔轉(zhuǎn)到光纖(9)前，波長為λ1的光耦合進光纖(9);
狀態(tài)3時，將濾光片(4)轉(zhuǎn)至光源(1)前，同時將光闌(5)的通光孔置于光纖(8)前，波長為λ2的光耦合進光纖(8);
狀態(tài)4時，濾光片(4)位置不變，將光闌(5)的通光孔置于光纖(9)前，波長為λ2的光耦合進光纖(9)。
光纖傳感器(2)內(nèi)截止濾光片(14)對中心波長為λ1的窄帶光透過，對中心波長為λ2的窄帶光反射。狀態(tài)1時波長為λ1的光經(jīng)光纖(8)，光纖耦合器(10)和光纖(12)進入光纖傳感器(2)，經(jīng)透鏡(13)準直，垂直射過截止濾片(14)和傳感材料(19)，經(jīng)全反鏡(15)反射，沿入射光路返回光纖(12)，經(jīng)光纖耦合器(10)分束，其中一束光進入光電探測器(11)。
狀態(tài)2時，中心波長為λ1的窄帶光經(jīng)光纖(9)進入光電探測器(11)。
狀態(tài)3時，中心波長為λ2的光經(jīng)光纖(8)，光纖耦合器(10)和光纖(12)進入光纖傳感器(2)，經(jīng)透鏡(13)準直后，垂直射到截止濾光片(14)上，并由截止濾片(14)反射回光纖(12)，經(jīng)光纖耦合器(10)分束，其中一束進入光電探測器(11)。
狀態(tài)4時，中心波長為λ2的窄帶光經(jīng)光纖(9)直接進入光電探測器(11)。
下面介紹補償原理由步進電機(7)帶動，補償系統(tǒng)依次經(jīng)歷四個狀態(tài)，光電探測器(11)接收到相應(yīng)的四個光信號，輸出四個相應(yīng)的光電信號i1＝I8f3(λ1)K10(λ1)(1-L(λ1))R11(λ1)M2(x) 〔1〕
i2＝I9f3(λ1)R11(λ1) 〔2〕i3＝I8f4(λ2)K10(λ2)(1-L(λ2))R11(λ2) 〔3〕i4＝I9f4(λ2)R11(λ2) 〔4〕〔1〕，〔2〕，〔3〕，〔4〕式中f3(λ1)，f4(λ2)-通過帶通濾光片(3)和帶通濾光片(4)的光的功率譜函數(shù);
R11(λ1)，R11(λ2)-光電探測器(11)對波長λ1和波長λ2的光的響應(yīng)度;
L(λ1)，L(λ2)-光纖對波長為λ1和λ2的光的損耗;
K10(λ1)，K10(λ2)-光纖耦合器(10)對波長為λ1和λ2的光的分束比;
I8，I9-光源(1)耦合進光纖(8)和光纖(9)的全譜光功率;
M2(x)-光纖傳感器(2)的調(diào)制函數(shù)。
對于波長相差不大的兩種光，可以認為光纖損耗及光纖耦合器(10)的分束比對兩種波長相等，即L(λ1)＝L(λ2) 〔5〕k10(λ1)＝k10(λ2) 〔6〕對i1，i2，i3，i4作如下運算S＝(i1i4)/(i2i3)＝M2(x) 〔7〕可見S與光源光強，光纖損耗，光源光譜，光電探測器響應(yīng)度以及光纖耦合器分束比等因素無關(guān)，而只與傳感器(2)的調(diào)制函數(shù)M2(x)有關(guān)，從而保證了采用雙波長補償法的光纖傳感器長期穩(wěn)定性，提高了測量精度。
由上面分析可以看出，光纖(9)的作用是引參考光信號進光電探測器(11)，產(chǎn)生兩個光電信號i2和i4用以克服光源(1)發(fā)光光譜變化對測量的影響。如采用發(fā)光功率譜穩(wěn)定的標準光源作光源，則光纖(9)和光闌(5)可以省略，只剩下兩個工作狀態(tài)i1和i3，S可寫為;
S＝i1/i3＝f3(λ1)/f4(λ4)M2(x) 〔8〕
具體實施例方式附圖2為光纖壓力傳感器原理圖。如附圖經(jīng)透鏡(13)準直后的平行光經(jīng)偏振片(16)起偏，中心波長為λ1的窄帶光透過截止濾光片(14)，光彈材料(17)，λ/8波片(18)后被全反鏡(15)沿原光路反射回來，經(jīng)偏振片(16)檢偏后返回光纖(12);中心波長為λ2的窄帶光被截止濾片(14)反射回光纖(12)。偏振片(16)的偏振方向與壓力方向成45°角，λ/8波片(18)的慢軸方向與壓力P的方向一致，則傳感器(2)的調(diào)制函數(shù)為M2(P)=12(1+sin(2πclpsλ1))---(9)]]>〔9〕式中c-光彈材料的彈光系數(shù);
l-光彈材料通光方向長度;
p-光彈材料所受壓力;
s-光彈材料受壓方面截面面積。
實際使用時，選石英玻璃作為光彈材料，c值為0.17×10-6/MPa，所用光源為鹵鎢燈，兩個帶通濾光片的中心波長分別為0.78μm和0.85μm，帶寬為500 ，截止濾光片的截止波長為0.815μm，截止濾光片(14)鍍在光彈材料立方體的入射面上，全反鏡(15)鍍在λ/8波片的出射面上。
根據(jù)〔7〕，〔9〕式算出S，便可求出相應(yīng)的壓力值p。
權(quán)利要求
1.一種雙波長高精度強度調(diào)制型光纖傳感器補償方法，其特征在于采用單光源單探測器分時工作方式，用中心波長為λ1的帶通濾片(3)和中心波長為λ2的帶通濾光片(4)對寬譜帶光源(1)進行濾光，通過與光闌(5)不同位置的組合，使來自光源(1)經(jīng)兩種濾光片濾光后的兩種波長的光按分時方式進入光纖(8)和(9)；進入光纖(8)的光由光纖(12)導入光纖傳感器(2)，光纖傳感器(2)內(nèi)的截止濾光片(14)對中心波長為λ1的窄帶光透過，對中心波長為λ2的窄帶光反射；波長為λ1的光透過截止濾光片(14)，傳感單元(19)，被全反鏡(15)反射回光纖(12)；分別由截止濾光片(14)和全反鏡(15)反射回去的兩種波長的光經(jīng)光纖(12)和光纖耦合器(10)后，依次進入光電探測器(11)；依次進入光纖(9)的兩種波長的光依次直接傳入光電探測器(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙波長高精度強度調(diào)制型光纖傳感器補償方法，其特征在于光纖傳感器(2)內(nèi)采用石英玻璃立方體(17)作敏感材料，所述光纖傳感器(2)為光纖壓力傳感器。
全文摘要
用于高精度強度調(diào)制型光纖傳感器的補償。本發(fā)明利用兩個帶通濾光片。一個截止濾光片和一個光闌，分別將帶通濾光片(3)和帶通濾光片(4)的出射光分時地耦合進光纖(8)和光纖(9)，傳感器(2)內(nèi)截止濾光片(14)對一種光透過，對另一種光反射。利用兩種光之間的比例關(guān)系，可以消除光源功率及功率譜，光纖損耗，光電探測器響應(yīng)度等因素的變化對測量的影響，達到補償?shù)男Ч?br> 文檔編號G02B6/10GK1059970SQ90107809
公開日1992年4月1日 申請日期1990年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月15日
發(fā)明者方曉軍, 王安波, 林鈞岫, 何實, 金曉丹 申請人:大連理工大學