專利名稱：：高精度光纖光柵傳感信號解調儀的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于光纖傳感
技術領域：
，具體涉及到對多點分布式光纖光柵傳感陣列反射回來的光信號進行檢測并分析出所探測的物理量裝置。技術背景光纖光柵作為智能化結構的傳繊，具有體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強、易集成、結構簡單等優(yōu)點，可以埋覆在被測物體和材料內部對壓強、溫度、應力、應變、纟鵬、流量、粘度等物理翻行檢測。自從20世紀70年代問世以來，受到國內外的普遍關注。由于光纖光柵傳感是將待測量信息調制到其窄線寬反射光的波長上，如何精確地檢測出傳感光柵中心反射波長的微小偏移量，是光纖布拉格光柵(FBG)傳感器實用化的關鍵。解調的核心任務就是依據外界信息與波長的調制(編碼)關系，對光纖光柵傳感網絡的各傳感器進行尋址，精確檢測出波長量后，進行存儲和顯示，通過二次處理分析得到待測環(huán)境的狀況。其技術難點在于信號光功率微弱、波長位移量微小、多點復用時傳感光柵覆蓋的波域帶寬很寬，要求解調裝置引入的噪聲小、波長分辨率高以及帶寬要寬，增加了解調系統的^性和成本。為此，國內外發(fā)展了多種用來獲得光譜并解調的設備，其中普遍采用的光譜儀，由于光譜儀的體積大、價格昂貴、速度慢等缺點，限制了其工程化的推廣應用。傳統的解調儀又存在著解調精度低，解調范圍窄等缺點，難以實現分布式光纖光柵傳感陣列信號的精確解調。
發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服戰(zhàn)光纖光柵傳感信號解調儀器的缺點，提供一種分辨率高、測量精度高、可靠性好、尋址數目多、靈敏度可調、用途廣、生產成本低的高精度光纖光柵傳感信號解調儀。解決上述技術問題所采用的技術方案是它包括設置在安裝lte側上部的可調諧激光光源，設置在安裝板右側上部的1XN分光耦合器、N路光耦合器，1XN分光耦合器的光源輸入端用光纖與可調諧激光光源連接，分光耦合器的一輸出端用光纖與N路光耦合器連接并輸出，設置在安裝板下部的數據采集卡、多ffiii探測器、氣體吸收池，一路光耦合器一輸出端用光纖與多通道探測器的第一輸入4驢接，一路光耦合器的另一輸出端用光纖與氣體吸收池的輸入端連接，氣體吸收池的輸出端用光纖與多通道探測器的第二輸入端連接，二路光耦合器的一輸出端用光纖與多通道探測器的第三輸入端連接、另一輸入端用光纖與多通道探測器的第四輸入端連接，其余幾路光耦合器輸入端用光纖與多通道探測器的其余輸入端連接，多通道探領幡通過電纜與采集卡相連接，它還包括計tm，計MUi過電纜與數據采集卡、濾波器、多通道探測器相連接。上述的N為小于等于8的偶數。本發(fā)明的氣體吸收管為石英管。本發(fā)明的氣體吸收池為在氣體吸收管的左端設置左準直透鏡、右端設置右準直透鏡，^準直,和右準直透鏡的外端面上設置有光纖。本發(fā)明的左準直透鏡和右準直透鏡的外端面為平面鏡、內端面為凸透鏡。本發(fā)明說的左準直透鏡和右準直透鏡內端面凸透鏡的曲率半徑為1.01.5mm。本發(fā)明的左準直透鏡和右準直透鏡內端面凸透鏡的曲率半徑相同。本發(fā)明的數據采集卡為16位的數據采集卡。本發(fā)明的可調諧激光光源為泵浦激光器用光纖與引入光路耦合器連接，弓l入光路耦合器的一端用光纖與濾波器的一4i^接、另一端與OT光纖的一，接，濾波器的另一端用光纖與前光隔離器的一,接，摻鉺光纖的另一端用光纖與后光隔離器的一端連接，前光隔離器的另一端和后光隔離器的另一端分別用光纖與輸出激光耦合器的兩端連接。本發(fā)明采用了1XN分光耦合器(N為小于等于8的偶數)，采用了16位的數據采集卡，大大提高了本發(fā)明的^HI率、測量精度和可靠性，與現有的解調儀器相比，測量分辨率提高到了lpm，測量精度提高了一個數量級，領懂范圍達到了70nm，長期穩(wěn)定性很好；采用了氣體吸收池，對濾波器的輸出波，行實時定標，克服了濾波器的輸出波長鈔卜界環(huán)境影響而產生漂移的缺點，實現了高精度信號解調。本發(fā)明的具有分辨率高、測量精度高、可靠性好、尋址數目多、靈可調、用途廣、生產成本低等優(yōu)點，可作為光纖光柵傳感信號的解調儀。圖1是發(fā)明實施例1的結構示意圖。圖2是圖1中氣體吸收池11的結構示意圖。圖3是發(fā)明實施例2的結構示意圖。圖4是發(fā)明實施例3的結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。實施例l在圖1中，本實施例的高精度光纖光柵傳感信號解調儀由泵浦激光器l、弓l入光路耦合器2、濾波器3、摻鉺光纖4、前光隔離器5、后光隔離器6、輸出激光耦合器7、分光耦合器8，一路光耦合器9、二路光耦合器IO、氣體吸收池ll、多通道探測器12、數據采集卡13、安裝板14、計算機15聯接構成。在安裝板14的左側上部依次固定安^W泵浦激光器1、引入光路耦合器2、濾波器3、摻鉺光纖4、前光隔離器5、后光隔離器6、輸出激光耦合器7，泵浦激光器1用光纖與引入耦合器2皿連接，引入光路耦合器2的一端用光纖與濾波器3的一端熔接連接，弓l入光路耦合器2的另一端與摻鉺光纖4的一端皿連接，滄波器3的另一端用光纖與前光隔離器5的一端j^i接，,光纖4的另一端用光纖與后光隔離器6的一端jt^i接，前光隔離器5的另一端和后光隔離器6的另一端分另傭光纖與輸出激光耦合器7的兩端離連接。泵浦激光器l、引入耦合器2、濾波器3、摻鉺光纖4、前光隔離器5、后光隔離器6、輸出激光耦合器7用光纖連接構成可調諧激光光源。這種可調諧激光光源具輸出激光線寬窄、輸出波長穩(wěn)定性好、輸出光功率大、可調諧范圍寬等優(yōu)點。在安裝板14的右側上部固定安裝有分光耦合器8、一路光耦合器9、二路光耦合器10。本實施例的分光耦合器8的光源輸入端用光纖與輸出激光耦合器7的輸出端皿連接，分光耦合器8的一輸出端用光纖與一路光耦合器9皿連接并輸出、另一輸出端用光纖與二路光耦合器10皿連接并輸出。在安裝板14的下部從左到右依次固定安裝有采集卡13、多通it探測器12、氣體吸收池ll。一組光纖光柵傳感器所接收至啲光信號M光纖到一路光耦合器9，一路光耦合器9一輸入端用光纖與多通道探測器12的第一輸入端皿連接，一路光耦合器9的另一輸出端用光纖與氣體吸收池11的輸入端皿連接，氣體吸收池11的輸出端用光纖與多通道探測器12的第二輸入端;{§^接。另一組光纖光柵傳繊所接收到的光信號通過光纖到二路光耦合器10，二路光耦合器10的一輸入端用光纖與多通道探測器12的第三輸入端熔接連接、另一輸出端用光纖與多Mit探測器12的第四輸入端皿連接。多通道探測器12M:電纜與娜采集卡13相連接，繊采集卡13通過電纜與計算機15相連接，計算機15ffl;電纜與滄波器3和多fflit探測器12相連接。本實施例的數據采集卡13采用16位的繊采集卡，采集卡13將所輸入的光信號轉換成數字信號輸出到計^m15，計^m15按照事先設定的程序對數據采集卡13輸入的數字信號進行數據處理，)(t濾波器3和多iKI探測器12進行控制，并由顯示器顯示出結果。由于本發(fā)明采用了16位的數據采集卡13，大大提高了本發(fā)明的分辨率、測量精度和可靠性，與現有的解調儀器相比，測量^f,率提高到了lpm，測量精度提高了一個數量級，長期穩(wěn)定性很好。在圖2中，本實施例的氣體吸收池11由左準直透鏡11-1、氣體吸收管11-2、右準直透鏡11-3聯接構成。本實施例的氣體吸收管ll-2為石英管，在氣體吸收管11-2的左端安裝有左準直透鏡11-1、右端安裝有右準直透鏡11-3。左準直透鏡11-1和右準直透鏡11-3為幾何，完全相同的一種單凸透鏡，即外端面為平面鏡、內端面為凸透鏡，左準直透鏡1H和右準直纖11-3凸面的曲率半徑相同，左準直透鏡11-1和右準直透鏡11-3外端面凸透鏡的曲率舉徑為1.2ram。將左準直透鏡11-1安裝在氣體吸收管11-2的左端、右準直透鏡11-3安M氣體吸收管11-2的右端時，左準直11-1和右準直11-3的平面向夕卜、凸面向內，在左準直透鏡11-1和右準直透鏡11-3的平面上聯接有光纖。由于本發(fā)明采用這種結構的氣體吸收池ll，對濾波器3的輸出波^a行實時定標，克服了濾波器3的輸出波長受外界環(huán)境影響而產生漂移的缺點，實現了高精度信號解調。實施例2在圖3中，本實施例的分光耦合器8是1X4分光耦合器，分光耦合器8分四路，在安裝板14上設置有4路光耦合器，B卩一路光耦合器9、二路光耦合器10、三路光耦合器16、四路光耦合器17。一路光耦合器9和二路光耦合器10用光纖與分光耦合器8、氣體吸收池11、多鵬探測器12離連接關系與實施例1相同。三組光纖光柵傳感器所接收到的光信號通過光纖到三路光耦合器16，三路光耦合器16的另一輸入端用光纖與多通道探測器12的第5輸入端j^i接。四組光纖光柵傳感器所接收到的光信號通過光纖到四路光耦合器17，四路光耦合器17的另一輸入端用光纖與多通道探測器12的第6輸入端;1^連接。其它零部件以及零部件的聯接關系與實施例1相同。實施例3在圖4中，本實施例的分光耦合器8是1X8分光耦合器，分光耦合器8分八路，在安裝板14上設置有8路光耦合器，即一路光耦合器9、二路光耦合器10、三路光耦合器16、四路光耦合器17、五路光耦合器18、六路光耦合器19、光耦合器20、八路光耦合器21。一路光耦合器9、二路光耦合器IO、三路光耦合器16、四路光耦合器17用光纖與分光耦合器8、氣體吸收池11、多通道探測器12離連接關系與實施例2相同。五組光纖光柵傳繊所接收到的光信號艦光纖到五路光耦合器18，六組光纖光柵傳感器所接收到的光信號通過光纖到六路光耦合器19，七組光纖光柵傳感器所接收到的光信號m光纖到憤光耦合器20，八組光纖光柵傳感器所接收到的光信號通過光纖到八路光耦合器21，五路光耦合器18、六路光耦合器19、光耦合器20、八路光耦合器21的另一輸入端用光纖分別與多通道探測器12的第710輸入端^ii接。其它零部件以及零部件的聯接絲與實施例l相同。實施例4在以上實施例13中，左準直透鏡11-1和右準直透鏡11-3外端面凸透鏡的曲率半徑為l.Omm。其它零部件以及零部件的聯接關系與相應的實施例相同。實施例5在以上實施例13中，左準直透鏡11-1和右準直，11-3夕卜端面凸透鏡的曲率半徑為1.5mm。其它零部件以及零部件的聯接關系與相應的實施例相同。本發(fā)明的工作原理如下可調諧激光光源經分光耦合器7后被送入多個光路，其中第一路光經一路耦合器9后分為兩路，一路通過一路耦合器9的接口與傳感器序列相連，一路進入氣體吸收池11參考通道，經過氣體吸收池11進行氣體吸收后iftA光電探測器12;第二路光經二路耦合器10后也分為兩路，一路與傳序列相連，另一路直接進入光電探測12，用于后面的數據處理。其余每一路光經過一個3dB耦合器后M31耦合器的接口與傳感器序列相連，每個傳繊礎回來的^^i^合器之后被送入光電探測器12。在可調諧激光每次掃描過程中，將多通道探測器12探測至啲各路傳感信號、氣體吸收池11參考通道的光電探測信號以及光源信號，同步交給數據采集卡13采集、處理，記錄的兩級氣體吸收譜線峰值和傳感光柵反射譜峰1Mb的鋸齒波電壓值(即國點數)，這些娜再送入計^m15進行繊的處理和顯示，計算機15參照事先已知的吸收譜線的波長值，根據諧振頻率間距和腔長的恒定關系，對兩級諧振波長探測到的氣體吸收峰做數據擬合，得出濾波器透射波長與數據點(即電壓)的曲線函數關系，最后將傳感光柵峰H^對應的鋸齒波電壓值代入所擬合的曲線函數中，就可精確得出各個光纖光柵傳感器的波長值。為了驗證本發(fā)明的有益效果，發(fā)明A^用本發(fā)明實施例1制備的光纖光柵傳感信號解調儀與解調?！姥?型號為sml25，微光公司生產)進行了生產現場對比測試，各種試驗情況如下-實驗地點遼寧省盤錦市歡喜嶺采油場的齊24琨23號井作現場試驗，井深1100m。實驗時間2007年7月16日實驗方法將溫度壓力同時測量的光纖光柵傳感器安裝在光纖上，光纖的另一端分為兩路，一路Mil接口與本發(fā)明相連，由計算機15處理并顯示探測數據，另一路與解調模塊相連，便于進行試驗比較。M絞車控制光纖的下井速度，光纖光柵傳感器隨著光纖勻速從井口下到井底，下,度為lkm/h。光纖光柵傳感器的反射光譜圖顯示在計,上，兩個反射峰的波長值和井中皿和壓力的大小也同時顯示在計算機上。同時光纖光柵傳感器的兩個反射峰的波長HM示在解調模塊的顯示屏上。將實驗所領!l得的井下溫度變化和壓力變化曲線中，取出三組數據與同步測量的解調模塊數據進行比較。實驗結果見表l。表1用本發(fā)明與解調模塊對油井下的溫度和壓力對比測試<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表1可見，本發(fā)明的探測精度與解調模塊相比十分接近，解調?！姥氲奶綔y精度為lpm，本發(fā)明的探測精度也達到lpm。權利要求1、一種高精度光纖光柵傳感信號解調儀，其特征在于它包括設置在安裝板(14)左側上部的可調諧激光光源，設置在安裝板(14)右側上部的1×N分光耦合器(8)、N路光耦合器(9)，1×N分光耦合器(8)的光源輸入端用光纖與可調諧激光光源連接，分光耦合器(8)的一輸出端用光纖與N路光耦合器(9)連接并輸出，設置在安裝板(14)下部的數據采集卡(13)、多通道探測器(12)、氣體吸收池(11)，一路光耦合器(9)一輸出端用光纖與多通道探測器(12)的第一輸入端連接，一路光耦合器(9)的另一輸出端用光纖與氣體吸收池(11)的輸入端連接，氣體吸收池(11)的輸出端用光纖與多通道探測器(12)的第二輸入端連接，二路光耦合器(10)的一輸出端用光纖與多通道探測器(12)的第三輸入端連接、另一輸入端用光纖與多通道探測器(12)的第四輸入端連接，其余幾路光耦合器輸入端用光纖與多通道探測器(12)的其余輸入端連接，多通道探測器(12)通過電纜與數據采集卡(13)相連接，它還包括計算機(15)，計算機(15)通過電纜與數據采集卡(13)、濾波器(3)、多通道探測器(12)相連接；上述的N為小于等于8的偶數。2、按照權利要求1所述的高精度光纖光柵傳感信號解調儀，其特征在于所說的氣體吸收管(ll-2)為石英管；所說的氣體吸收池(ll)為在氣體吸收管(ll-2)的左端設置左準直透鏡(11-1)、右端設置右準直透鏡(11-3),在左準直透鏡(1l-l)和右準直透鏡(11-3)的外端面上設置有光纖。3、按照權利要求2所述的高精度光纖光柵傳感信號解調儀，其特征在于所說的左準直透鏡(ll-l)和右準直透鏡(11-3)的外端面為平面鏡、內端面為凸透鏡。4、按照權禾腰求2或3所述的高精度光纖光柵傳感信號解調儀，其特征在于:所說的左準直透鏡(11-1)和右準直透鏡(11-3)內端面凸透鏡的曲率半徑為1.01.5mm。5、按照權利要求2或3所述的高精度光纖光柵傳感信號解調儀，其特征在于:所說的左準直透鏡(11-1)和右準直透鏡(11-3)內端面凸纖的曲率^t勁目同。6、按照權利要求4所述的高精度光纖光柵傳感信號解調儀，其特征在于所說的左準直透鏡(11-1)和右準直透鏡(11-3)內端面凸透鏡的曲率半徑相同。7、按照權利要求1所述的高精度光纖光柵傳感信號解調儀，其特征在于所說的數據采集卡(13)為16位的數據采集卡。8、按照權利要求1所述的光高精度光纖光柵傳感信號解調儀，其特征在于所說的可調諧激光光源為泵浦激光器(1)用光纖與引入光路耦合器(2)連接，引入光路耦合器(2)的一端用光纖與濾波器(3)的一,接、另一端與摻鉺光纖(4)的一端連接，濾波器(3)的另一端用光纖與前光隔離器(5)的一端連接，摻鉺光纖(4)的另一端用光纖與后光隔離器(6)的一端連接，前光隔離器(5)的另一端和后光隔離器(6)的另一端分別用光纖與輸出激光耦合器(7)的兩端連接。全文摘要一種高精度光纖光柵傳感信號解調儀，包括設在安裝板左上的可調諧激光光源、設在右上的1×N分光耦合器和N路光耦合器，分光耦合器的輸出端用光纖接N路光耦合器并輸出，設在安裝板下部的數據采集卡、多通道探測器、氣體吸收池，一路光耦合器一輸出端用光纖接多通道探測器的第一輸入端、另一輸出端用光纖接氣體吸收池的輸入端，氣體吸收池的輸出端用光纖接多通道探測器的第二輸入端，二路光耦合器的一輸出端用光纖接多通道探測器的第三輸入端、另一輸入端用光纖接多通道探測器的第四輸入端，其余幾路光耦合器輸入端用光纖接多通道探測器的其余輸入端，多通道探測器用電纜與數據采集卡連接，計算機接數據采集卡、濾波器、多通道探測器。文檔編號G01D5/26GK101216327SQ20081001724公開日2008年7月9日申請日期2008年1月8日優(yōu)先權日2008年1月8日發(fā)明者喬學光,傅海威,偉王,瑜王,趙大壯申請人:西安石油大學