專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光纖傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖光柵由于具有不受電磁干擾、不帶電、耐腐 蝕、體積小、重量輕、靈敏度高等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，光纖光柵的解調(diào)技術(shù)也 就變的愈發(fā)關(guān)鍵。目前光纖光柵的解調(diào)主要有光譜分析法、干涉儀解調(diào)法、匹配光柵法、可 調(diào)F-P濾波器法等。但是光譜分析法分辨率較低，價(jià)格昂貴，解調(diào)速度慢；干涉儀法解調(diào)速 度有所提高，但容易受到溫度等外界因素的影響；匹配光柵法雖然成本低、速度快，但是解 調(diào)范圍窄，不能滿(mǎn)足大范圍變化的要求；可調(diào)F-P濾波器法，雖然精度比光譜分析法要高， 但仍不能滿(mǎn)足工程要求，而且成本高。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)裝置，用于解 調(diào)光纖光柵由于受到外界調(diào)制而產(chǎn)生的中心波長(zhǎng)發(fā)生左右偏移的情況，解調(diào)速度快，僅限 于所使用的器件帶寬，所檢測(cè)的參數(shù)和得到的結(jié)果只與光纖光柵中心波長(zhǎng)的變化量有關(guān)， 與光纖光柵的絕對(duì)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，也不受光源功率變化和光路損耗的影響。整套裝置成本低，適 于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本實(shí)用新型所述的一種光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)裝置，包括光源、光纖分路器件、光纖 光柵、解調(diào)元件、光電轉(zhuǎn)換器器及電路處理系統(tǒng)，其特征在于所述的解調(diào)元件為光纖半導(dǎo) 體鍍膜器件，光源發(fā)出的光通過(guò)光纖分路器件入射到光纖光柵處時(shí)發(fā)生反射，由于光纖光 柵受到外界調(diào)制使得光的中心波長(zhǎng)發(fā)生左右偏移，中心波長(zhǎng)發(fā)生左右偏移的反射光經(jīng)過(guò)光 纖半導(dǎo)體鍍膜器件時(shí)再次發(fā)生反射，反射光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器器及電路處理系統(tǒng)，使得光纖 光柵處發(fā)生偏移的光的變化量解調(diào)為易測(cè)量的物理量。本實(shí)用新型的特征在于寬帶光源在驅(qū)動(dòng)的作用下發(fā)出連續(xù)的寬帶光，經(jīng)過(guò)光纖 分路器后被光纖光柵3反射回一帶有外界環(huán)境調(diào)制信息的窄帶光，從光纖分路器的返回端 經(jīng)另一光纖分路器到光纖半導(dǎo)體鍍膜器件，經(jīng)過(guò)光纖半導(dǎo)體鍍膜器件反射后，從該光纖分 路器的返回端進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再由去直流耦合器將直流量去除， 只提取具有相對(duì)變化特性的交流量，濾波器進(jìn)行濾波處理，根據(jù)需要設(shè)定濾波器的帶寬，輸 出給數(shù)據(jù)處理部分，最后根據(jù)電壓的變化確定光功率的變化，再由功率與波長(zhǎng)的線(xiàn)性關(guān)系 得出光纖光柵的波長(zhǎng)變化，從而實(shí)現(xiàn)光纖光柵的動(dòng)態(tài)變化解調(diào)。所述的光纖半導(dǎo)體鍍膜器件，其反射光的功率隨入射光波長(zhǎng)的變化而變化，呈線(xiàn) 性關(guān)系。所使用的光纖光柵是一種可反射窄帶光的器件，其光譜寬度一般為零點(diǎn)幾納米。所使用的光源是一種寬帶的光源，即光源光譜寬度為幾十個(gè)納米。[0009]所述的光纖分路器為具有分光功能的光纖耦合器或者環(huán)形器。本實(shí)用新型的解調(diào)原理如圖2、3所示，圖2是光纖半導(dǎo)體鍍膜器件的反射光譜，其 反射譜的功率與波長(zhǎng)成線(xiàn)性關(guān)系，設(shè)其線(xiàn)性方程為P = k · λ +b1其中P為反射回來(lái)的功率值，λ是波長(zhǎng)值，k為斜率或靈敏度，b為截距。由公式1可得到ΔΡ = k · Δ λ2
Λ AP^k ” 1令眾=1，則Δ λ = k' · ΔΡ4中心波長(zhǎng)為λ ^的光纖光柵，當(dāng)波長(zhǎng)的變化量為Δ λ時(shí)，會(huì)引起從光纖半導(dǎo)體鍍 膜期間處反射出的光功率變化△ P，功率的變化引起整個(gè)裝置輸出電壓的變化。而光纖半導(dǎo) 體鍍膜器件的斜率k是固定的，所以，通過(guò)檢測(cè)光電轉(zhuǎn)換器和濾波后的電壓變化量，可以得 到光功率的變化量，最終根據(jù)公式4得到光纖光柵中心波長(zhǎng)的變化量，實(shí)現(xiàn)解調(diào)的目的。本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào)裝置，其與其他光纖光柵解調(diào)方法 和裝置相比，本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；2、該裝置解調(diào)光纖光柵動(dòng)態(tài)變化量，不受光源功率變化和光路損耗的影響。3、解調(diào)裝置輸出的電壓變化就能解調(diào)出光纖光柵的波長(zhǎng)變化；4、由于光纖半導(dǎo)體鍍膜器件的反射光譜具有較大的線(xiàn)性范圍，所以，該裝置的量 程和動(dòng)態(tài)范圍大5、解調(diào)裝置中使用了去直流耦合器措施，消除了因溫度對(duì)光纖半導(dǎo)體鍍膜器件的影響。

圖1為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型光纖半導(dǎo)體鍍膜器件的反射光譜示意圖。圖3為本實(shí)用新型的解調(diào)原理具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述本實(shí)用新型裝置涉及一種光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào)裝置，主要包括寬帶光源1、耦合 器2、光纖光柵3、環(huán)形器4、光纖半導(dǎo)體鍍膜器件5、光電轉(zhuǎn)換器6、去直流耦合器7、濾波器 8、數(shù)據(jù)處理9、驅(qū)動(dòng)10。寬帶光源1的輸出端接耦合器2的輸入端，耦合器2的輸出端接光 纖光柵3的輸入端，耦合器2的返回端接環(huán)形器4的輸入端，環(huán)形器4的輸出端接光纖半導(dǎo) 體鍍膜器件5的輸入端，環(huán)形器4的返回端接光電轉(zhuǎn)換器6的輸入端，光電轉(zhuǎn)換器6的輸出 端接去直流耦合器7的輸入端，去直流耦合器的輸出端接濾波器8的輸入端，濾波器8的輸
4出端接接數(shù)據(jù)處理9的輸入端。寬帶光源1在驅(qū)動(dòng)10的作用下發(fā)出連續(xù)的寬帶光，經(jīng)過(guò)耦合器2后被光纖光柵3 反射回一帶有外界環(huán)境調(diào)制信息的窄帶光，從耦合器2的返回端經(jīng)環(huán)形器4到光纖半導(dǎo)體 鍍膜器件5，經(jīng)過(guò)光纖半導(dǎo)體鍍膜器件5反射后，從環(huán)形器4的返回端進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器6， 把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再由去直流耦合器7將直流量去除，只提取具有相對(duì)變化特性的 交流量，濾波器8進(jìn)行濾波處理，根據(jù)需要設(shè)定濾波器8的帶寬，輸出給數(shù)據(jù)處理部分9，最 后根據(jù)電壓的變化確定光功率的變化，再由功率與波長(zhǎng)的線(xiàn)性關(guān)系得出光纖光柵的波長(zhǎng)變 化，從而實(shí)現(xiàn)光纖光柵的動(dòng)態(tài)變化解調(diào)。本實(shí)用新型解決了光纖光柵動(dòng)態(tài)變化的解調(diào)問(wèn)題，并且解調(diào)范圍寬，能滿(mǎn)足光纖 光柵的最大變化，檢測(cè)速度快，實(shí)時(shí)性好，整套裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。在具體實(shí)施時(shí)，寬帶光源1、耦合器2、光纖光柵3、環(huán)形器4、光纖半導(dǎo)體鍍膜器件 5、光電轉(zhuǎn)換器6之間的連接全部是光纖連接；在具體實(shí)施時(shí)，所使用的光源1是寬帶光源，其光譜寬度一般為40nm左右，且具有 一定的平坦度；在具體實(shí)施時(shí)，驅(qū)動(dòng)10的作用是讓寬帶光源1發(fā)出連續(xù)穩(wěn)定的光；在具體實(shí)施時(shí)，所使用的光纖光柵3是光纖布拉格光柵，能反射窄帶光譜；在具體實(shí)施時(shí)，所使用的耦合器2和環(huán)形器4可以位置互換或者同時(shí)為耦合器或 者同時(shí)為環(huán)形器；在具體實(shí)施時(shí)，所述的光電轉(zhuǎn)換器6是光電轉(zhuǎn)換器PIN管，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)；在具體實(shí)施時(shí)，所述去直流耦合器7采用的是電容耦合，可以去除直流偏置和干 擾；在具體實(shí)施時(shí)，所述的濾波器8采用的是四階有源帶通濾波器，可根據(jù)需要設(shè)計(jì) 帶寬；在具體實(shí)施時(shí)，所述的數(shù)據(jù)處理9是具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能和計(jì)算功能的處理器模 塊。本實(shí)用新型的解調(diào)原理如圖3所示，根據(jù)光纖半導(dǎo)體鍍膜器件5的光學(xué)特性，其反 射光譜是波長(zhǎng)λ和功率P具有線(xiàn)性關(guān)系，把光纖光柵3的波長(zhǎng)變化△ λ，轉(zhuǎn)變成了功率變 化ΔΡ，Δ λ和ΔΡ成正比關(guān)系，再把光功率的變化用光電轉(zhuǎn)換器6轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的變化， 經(jīng)處理后可以得出光纖光柵的變化。本實(shí)用新型采用功率變化檢測(cè)，比光譜分析法的解調(diào)速度跟快；本解調(diào)裝置只解 調(diào)光纖光柵的變化量，同時(shí)還使用了去直流耦合器以及濾波處理，去除了干涉儀解調(diào)法容 易受溫度等外界的影響因素；本裝置中使用寬帶光源，且半導(dǎo)體鍍膜器件的線(xiàn)性范圍較寬， 解決了匹配光柵法所受到的解調(diào)范圍的限制。
權(quán)利要求1.一種光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào)裝置，包括光源、光纖分路器、光纖光柵、解調(diào)元件、光電 轉(zhuǎn)換器及電路處理系統(tǒng)，其特征在于所述的解調(diào)元件為光纖半導(dǎo)體鍍膜器件，光源發(fā)出的 光通過(guò)光纖分路器件入射到光纖光柵處時(shí)發(fā)生反射，由于光纖光柵受到外界調(diào)制使得光的 中心波長(zhǎng)發(fā)生左右偏移，中心波長(zhǎng)發(fā)生左右偏移的反射光經(jīng)過(guò)光纖半導(dǎo)體鍍膜器件時(shí)再次 發(fā)生反射，反射光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器器及電路處理系統(tǒng)，使得光纖光柵處發(fā)生偏移的光的變 化量解調(diào)為易測(cè)量的物理量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào)裝置，其特征在于所述的光纖 半導(dǎo)體鍍膜器件，其反射光的功率隨入射光波長(zhǎng)的變化而變化，呈線(xiàn)性關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào)裝置，其特征在于所使用的光 纖光柵是一種可反射窄帶光的器件，其光譜寬度一般為零點(diǎn)幾納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào)裝置，其特征在于所使用的光 源是一種寬帶的光源，即光源光譜寬度為幾十個(gè)納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào)裝置，其特征在于所使用的光 纖分路器是光纖耦合器或者光纖環(huán)形器中的一種。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光纖光柵動(dòng)態(tài)變化解調(diào)裝置，屬于光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，包括光源、光纖分路器、光纖光柵、解調(diào)元件、光電轉(zhuǎn)換器及電路處理系統(tǒng)，解調(diào)元件為光纖半導(dǎo)體鍍膜器件，光源發(fā)出的入射光信號(hào)在光纖光柵處發(fā)生反射，反射光經(jīng)過(guò)光纖半導(dǎo)體鍍膜器件時(shí)再次發(fā)生反射，此時(shí)的反射光經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換器及電路處理系統(tǒng)，得到光纖光柵處波長(zhǎng)變化量。本實(shí)用新型主要通過(guò)利用光纖半導(dǎo)體鍍膜器件的反射光功率和入射光的波長(zhǎng)變化呈線(xiàn)性關(guān)系，對(duì)光纖光柵受到外界調(diào)制后中心波長(zhǎng)發(fā)生左右偏移這一現(xiàn)象進(jìn)行解調(diào)，得到便于測(cè)量的光功率信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)光纖光柵的動(dòng)態(tài)變化解調(diào)。
文檔編號(hào)G01D3/028GK201903351SQ20102055372
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者李旭, 霍佃恒 申請(qǐng)人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司