專利名稱：一種基于錐形光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于錐形光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)，適用于光纖傳感技術(shù)、民用工程、軌道交通等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳感信號的解調(diào)技術(shù)是傳感系統(tǒng)關(guān)鍵的組成部分，信號處理、信號解調(diào)的速度和性能決定了傳感系統(tǒng)的性能。解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、成本和易操作性決定了傳感系統(tǒng)的工程應(yīng)用前景。對于光纖光柵傳感系統(tǒng)，具有低成本、高速度、高精度、易操作等優(yōu)點的解調(diào)系統(tǒng)是未來發(fā)展的重要方向?，F(xiàn)有的光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)的寬帶光源的輸出接光隔離器，光隔離器接第一三端口耦合器的第一端口，第一三端口耦合器的第二端口接均勻布拉格光纖光柵；第一三端口耦合器的第三端口接第二三端口耦合器的第二端口，第二三端口耦合器的第一端口接寬帶光纖光柵，寬帶光纖光柵粘貼在壓電陶瓷上，第二三端口耦合器的第三端口接光電探測器的輸入端，光電探測器輸出端接信號處理模塊輸入端，信號處理模塊輸出端接計算機，計算機接壓電陶瓷。這種系統(tǒng)不能區(qū)分出溫度和應(yīng)力導(dǎo)致的被測物理量的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一中結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、廉價實用且能區(qū)分出溫度和應(yīng)力導(dǎo)致的被測物理量的變化的一種基于錐形光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于錐形光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源的輸出接光隔離器輸入，光隔離器輸出接第一三端口耦合器的第一端口，第一三端口耦合器的第二端口接均勻布拉格光纖光柵，第一三端口耦合器的第三端口接第二三端口耦合器的第二端口，第二三端口耦合器的第一端口接寬帶光纖光柵，寬帶光纖光柵粘貼在壓電陶瓷上，第二三端口耦合器的第三端口接光電探測器的輸入端，光電探測器輸出端接信號處理模塊輸入端，信號處理模塊輸出端接計算機，計算機接壓電陶瓷；均勻布拉格光纖光柵使用錐形光纖光柵。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出的一種基于錐形光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)；不需要高昂的解調(diào)設(shè)備，價格便宜，性價比高；通過錐形光纖光柵傳感器進行信號解調(diào)，可以實現(xiàn)對溫度-應(yīng)力的同時測量。


圖1 一種基于錐形光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)示意圖。圖2錐形光纖光柵的制作裝置示意圖。圖3錐形光纖光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。一種基于錐形光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)，如圖1，該系統(tǒng)的寬帶光源1的輸出接光隔離器2的輸入，光隔離器2的輸出接第一三端口耦合器的第一端口 311，第一三端口耦合器的第二端口 312接均勻布拉格光纖光柵4，均勻布拉格光纖光柵4使用錐形光纖光柵；第一三端口耦合器的第三端口 313接第二三端口耦合器的第二端口 322，第二三端口耦合器的第一端口 321接寬帶光纖光柵5，寬帶光纖光柵5粘貼在壓電陶瓷6上，第二三端口耦合器的第三端口 323接光電探測器7的輸入端，光電探測器7輸出端接信號處理模塊8輸入端，信號處理模塊8輸出端接計算機9，計算機9接壓電陶瓷6。光纖光柵4使用的錐形光纖光柵的制作方法包括以下步驟步驟一將普通單模光纖進行載氫處理，成為增敏光纖；步驟二在增敏光纖中部寫入均勻布拉格光纖光柵4，寫入的均勻布拉格光纖光柵 4的長度為L = 1 14cm ；步驟三將均勻布拉格光纖光柵放置在恒溫箱中，以120°C或150°C或120°C 150°C的任意溫度進行退火處理；步驟四將容器14盛滿濃度的質(zhì)量百分比為40%或50 %或40% 50 %中間任意值的氫氟酸溶液15放置在輪子13的下面；步驟五將退火后的均勻布拉格光纖光柵4 一端的增敏光纖固定在連接在步進電機軸上的輪子13上；步驟六將固定在連接在步進電機軸上的輪子13上的均勻布拉格光纖光柵4完全垂直放入氫氟酸溶液15中，使均勻布拉格光纖光柵剛沒過氫氟酸溶液15的液面，用步進電源10給步進電機驅(qū)動器11供電，步進電機12帶動輪子13以π D/L的轉(zhuǎn)速勻速運動，將均勻布拉格光纖光柵從氫氟酸溶液15中拉出，D為輪子13的直徑，L為寫入的均勻布拉格光纖光柵4的長度；步驟七將拉出的均勻布拉格光纖光柵4迅速用清水沖洗干凈，制成錐形光纖光柵。步驟七制成的錐形光纖光柵沿著其軸向的截面呈錐形變化，如圖3所示。一種錐形光纖光柵的制作方法使用的制作裝置，如圖2所示。該制作裝置包括步進電源10、步進電機驅(qū)動器11、步進電機12、輪子13、容器14、 氫氟酸溶液15。上述各部分之間的連接步進電源10與步進電機的驅(qū)動器11連接，步進電機的軸與輪子13連接。寬帶光源1發(fā)出的光經(jīng)過光隔離器2傳送到均勻布拉格光纖光柵4，從均勻布拉格光纖光柵4反射回來的光經(jīng)過第一三端口耦合器31后被引入到寬帶光纖光柵5，當此寬帶光纖光柵5的反射波長與均勻布拉格光纖光柵4反射光的波長成分沒有重合時，寬帶光纖光柵5反射光強度為零。通過對這個寬帶光纖光柵5粘貼壓電陶瓷6來對其反射波長進行控制，當此壓電陶瓷的反射波長移動到與錐形光纖光柵反射光的波長成分存在重合時， 光電探測器6能夠探測到反射光強，從而給出一個輸出值。通過對壓電陶瓷6施加周期性的驅(qū)動電壓來使寬帶光纖光柵5的發(fā)射波長發(fā)生周期性變化，其反射波長將對均勻布拉格光纖光柵4的反射光進行掃描，從而確定寬帶反射光的起、止邊緣位置，進一步得到均勻布拉格光纖光柵4反射光的帶寬信息。通過改變信號處理模塊8的相關(guān)算法，尋找光電探測器7輸出最大值的功能，則可以用此傳感解調(diào)系統(tǒng)確定均勻布拉格光纖光柵4反射光譜的中心反射波長。由于均勻布拉格光纖光柵4反射譜寬度對溫度變化具有不敏感性，通過均勻布拉格光纖光柵4反射帶寬的變化，可以區(qū)分出溫度和應(yīng)力的變化。它依次按以下步驟進行步驟一根據(jù)制作好的特定的錐形光纖光柵，分別標定其溫度-波長響應(yīng)、應(yīng)力-波長響應(yīng)和應(yīng)力-帶寬響應(yīng)三組關(guān)系，確定其應(yīng)力靈敏度系數(shù)Ke和溫度靈敏度系數(shù)Kt ；步驟二在實際測量中，分別測出錐形光纖光柵反射光譜的中心波長漂移量Δ λΒ 和帶寬變化量AW;步驟三根據(jù)錐形光纖光柵反射光帶寬的變化確定其所受應(yīng)力值ε ；步驟四根據(jù)得到的應(yīng)力值及應(yīng)力-波長關(guān)系，確定錐形光纖光柵在應(yīng)力作用下的中心反射波長的漂移量Δ λ ε = Κε · ε步驟五在測得的中心波長變化量中去除掉應(yīng)力所引起的變化量，即可得到單純溫度變化帶來的影響ΔΤ = Δ λ Β- Δ λ ε步驟六根據(jù)溫度-波長關(guān)系得到相應(yīng)的溫度變化量，從而實現(xiàn)利用單一錐形光纖光柵的溫度和應(yīng)力同時測量

上式中，Δ T是溫度改變量；Δ λΒ是布拉格光纖光柵中心波長漂移量；ΚΕ是步驟一中此錐形光纖光柵的應(yīng)力靈敏度系數(shù)；ε是步驟三所測的應(yīng)變量；ΚΤ是步驟一中此錐形光纖光柵的溫度靈敏度系數(shù)。本發(fā)明所使用的器件均為市售器件。
權(quán)利要求
1. 一種基于錐形光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源(1)的輸出接光隔離器 (2)輸入，光隔離器( 輸出接第一三端口耦合器的第一端口(311)，第一三端口耦合器的第二端口(31 接均勻布拉格光纖光柵G)，第一三端口耦合器的第三端口(31 接第二三端口耦合器的第二端口(322)，第二三端口耦合器的第一端口(321)接寬帶光纖光柵(5)， 寬帶光纖光柵( 粘貼在壓電陶瓷(6)上，第二三端口耦合器的第三端口(32 接光電探測器(7)的輸入端，光電探測器(7)輸出端接信號處理模塊(8)輸入端，信號處理模塊(8) 輸出端接計算機(9)，計算機(9)接壓電陶瓷(6)；其特征在于 均勻布拉格光纖光柵(4)使用錐形光纖光柵。
全文摘要
一種基于錐形光纖光柵的傳感解調(diào)系統(tǒng)，涉及光纖傳感領(lǐng)域。解決了區(qū)分溫度和應(yīng)力導(dǎo)致的被測物理量的變化的問題。該系統(tǒng)的寬帶光源(1)的輸出接光隔離器(2)輸入，光隔離器(2)輸出接第一三端口耦合器的第一端口(311)，第一三端口耦合器的第二端口(312)接均勻布拉格光纖光柵(4)，其為錐形光纖光柵，第一三端口耦合器的第三端口(313)接第二三端口耦合器的第二端口(322)，第二三端口耦合器的第一端口(321)接寬帶光纖光柵(5)，寬帶光纖光柵粘貼在壓電陶瓷(6)上，第二三端口耦合器的第三端口(323)接光電探測器(7)的輸入端，光電探測器輸出端接信號處理模塊(8)輸入端，信號處理模塊輸出端接計算機(9)，計算機接壓電陶瓷。
文檔編號G01D5/26GK102445222SQ201110286919
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者周倩, 寧提綱, 邴亮 申請人:北京交通大學(xué)