專利名稱：基于法布里－珀羅腔的多波長光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，尤其是涉及一種基于法布里-珀羅腔的多波長光纖 傳感器。
背景技術(shù)：
基于法布里_珀羅腔的激光光纖傳感器不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、精度較高、測量速度 快等優(yōu)點，而且具有實時處理能力，被廣泛應(yīng)用于各種振動測量、位移測量、溫度測量等方 面。傳統(tǒng)單波長法布里_珀羅腔的干涉?zhèn)鞲衅髟趯嶋H應(yīng)用中由于環(huán)境的振動影響，導(dǎo)致傳 光光強發(fā)生變化，從而引起傳感器失效，嚴重影響測量效果參見公開號為CN1490598的中 國專利。近年來也出現(xiàn)了基于波長檢測的法布里_珀羅腔式干涉?zhèn)鞲衅鱗2]江毅，唐才杰 編著.光纖Fabry-Perot干涉儀原理及應(yīng)用.北京國防工業(yè)出版社2009. 214-221 ； [3] 于清旭等.光纖F-P腔壓力傳感器在高溫油井下的應(yīng)用研究[J]光電子激光，2007，183 299-302，能夠在一定程度上克服傳光光路的振動，但是這些方法使用了光譜儀等類似設(shè)備 作為波長信號的來源，一方面限制了振動頻率測量的上限，另一方面高速光譜設(shè)備價格昂
貴ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種能夠克服環(huán)境振動， 實現(xiàn)高速實時測量，并且可顯著簡化傳感器結(jié)構(gòu)和降低傳感器的成本的基于法布里_珀羅 腔的多波長光纖傳感器，本發(fā)明設(shè)有多波長窄帶相干光源、光纖寬帶耦合器、F-P腔式傳感頭、帶窄帶濾波 的光電接收器和放大電路。所述多窄帶波長相干光源由至少2個窄帶光源耦合而成，所述光纖寬帶耦合器與 多波長窄帶光源連接，光纖寬帶耦合器的光信號輸出端接F-P腔式傳感頭，F(xiàn)-P腔式傳感頭 的反射光送至帶窄帶濾波的光電接收器，放大電路輸入端接帶窄帶濾波的光電接收器輸出端。所述F-P腔式傳感頭反射端鍍?nèi)瓷淠?，或固定全反射鏡。所述帶窄帶濾波的光電接收器可由窄帶濾波膜或窄帶濾波片與光電接收器構(gòu)成， 窄帶濾波的中心波長與帶寬與多波長窄帶相干光源匹配。所述光電接收器件以正負相聯(lián)的方式連接，所述放大電路具有較低的漏電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)本發(fā)明由于應(yīng)用了入射光與反射光干涉的原理，使外界溫度、壓力、或振動通過 法布里-珀羅腔長的變化轉(zhuǎn)化為干涉光強的變化，因此測量精度高、靈敏度高。2)本發(fā)明由于在入射光中引入了多波長窄帶干涉光源，通過各波長以彼此作為測 量參考光，因此可消除光信號傳遞過程中由于環(huán)境變化引起的測量誤差。
3)本發(fā)明由于對各波長窄帶光源分別可調(diào)，因此不僅使得法布里_珀羅腔長可以 在大范圍內(nèi)可調(diào)，而且可適應(yīng)后端光電接收器件的特性。4)本發(fā)明由于在法布里_珀羅腔反射端面鍍?nèi)瓷淠ぃ虼丝梢耘懦饨珉s散光 的干擾，提高信號的信噪比。5)本發(fā)明由于在光電接收器件前使用與光源對應(yīng)的窄帶濾波片，因此使得各波長 光信號能夠相互獨立。6)本發(fā)明由于在光電接收器件上使用了頭尾相連的連接方式，因此使得光電流形 成回路，消除了由于全反射面造成的強光背景。


圖1是本發(fā)明實施例的工作原理圖。圖2是本發(fā)明實施例使用的法布里_珀羅腔結(jié)構(gòu)。圖3是本發(fā)明實施例所使用的光電接收部分電路原理圖。
具體實施例方式以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。在圖1中，半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的激光束經(jīng)準直聚焦耦合后，進入光纖，設(shè)各個波 長的波函數(shù)是En = acos (wnt+ δ η)，經(jīng)過光纖寬帶耦合器2進入法布里-珀羅腔傳感頭3。 相干光在圖2的界面41發(fā)生菲涅耳反射，在界面42發(fā)生全反射，兩束反射光在界面41疊 加，其表達式為En = Ebn+Ein，其中Ein = nEncos(knz)代表反射光中發(fā)生干涉的部分，ζ為 腔長的變化量，Π由耦合效率、干涉對比度、腔長損失決定，kn主要由波長決定，Ebn為未發(fā) 生干涉部分。當外界環(huán)境壓力、溫度、振動使腔長發(fā)生改變時，反射光強就相應(yīng)的發(fā)生變化。各波長窄帶光在法布里-珀羅腔中發(fā)生干涉后經(jīng)圖1中的濾波片5進入光電接收 器6。因為Ebn大于Ein，所以后端檢測電路無法在大動態(tài)范圍內(nèi)實現(xiàn)高靈敏度測量。同時， 光信號回路受外界溫度、振動等干擾，弱信號容易淹沒在噪聲中無法檢測。本發(fā)明采用如圖 3的方式連接光電接收器，使得兩個光電接收器61和62在接收不同波長光信號后產(chǎn)生光電 流環(huán)路，消除未發(fā)生干涉的背景光強影響和環(huán)境干擾的影響。因不同波長的光信號kn不一 樣，所以當腔長發(fā)生變化時，各波長的光信號發(fā)生干涉后的能量大小不一樣。干涉產(chǎn)生的 光電流經(jīng)圖3中的放大器7和反饋電阻63后，轉(zhuǎn)化為寬幅電壓信號，以便后端采集。本發(fā)明具體調(diào)節(jié)過程如下調(diào)節(jié)固定法布里_珀羅腔傳感頭3，使反射端無載荷，此狀態(tài)為原點狀態(tài)。調(diào)節(jié)多 波長窄帶光源1各波長的功率，使得圖3中的放大器7輸出信號為0V。根據(jù)測量范圍和測 量靈敏度，調(diào)節(jié)圖3中的電阻63。
權(quán)利要求
1.基于法布里-珀羅腔的多波長光纖傳感器，其特征在于設(shè)有多波長窄帶相干光源、 光纖寬帶耦合器、F-P腔式傳感頭、帶窄帶濾波的光電接收器和放大電路；所述多窄帶波長相干光源由至少2個窄帶光源耦合而成，所述光纖寬帶耦合器與多波 長窄帶光源連接，光纖寬帶耦合器的光信號輸出端接F-P腔式傳感頭，F(xiàn)-P腔式傳感頭的反 射光送至帶窄帶濾波的光電接收器，放大電路輸入端接帶窄帶濾波的光電接收器輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的基于法布里_珀羅腔的多波長光纖傳感器，其特征在于所述 F-P腔式傳感頭反射端鍍?nèi)瓷淠?，或固定全反射鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的基于法布里_珀羅腔的多波長光纖傳感器，其特征在于所述帶 窄帶濾波的光電接收器由窄帶濾波膜或窄帶濾波片與光電接收器構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的基于法布里_珀羅腔的多波長光纖傳感器，其特征在于所述窄 帶濾波的中心波長與帶寬與多波長窄帶相干光源匹配。
5.如權(quán)利要求1所述的基于法布里_珀羅腔的多波長光纖傳感器，其特征在于所述光 電接收器件以正負相聯(lián)的方式連接。
全文摘要
基于法布里-珀羅腔的多波長光纖傳感器，涉及一種光纖傳感器。提供一種能夠克服環(huán)境振動，實現(xiàn)高速實時測量，并且可顯著簡化傳感器結(jié)構(gòu)和降低傳感器的成本的基于法布里-珀羅腔的多波長光纖傳感器，設(shè)有多波長窄帶相干光源、光纖寬帶耦合器、F-P腔式傳感頭、帶窄帶濾波的光電接收器和放大電路。所述多窄帶波長相干光源由至少2個窄帶光源耦合而成，所述光纖寬帶耦合器與多波長窄帶光源連接，光纖寬帶耦合器的光信號輸出端接F-P腔式傳感頭，F(xiàn)-P腔式傳感頭的反射光送至帶窄帶濾波的光電接收器，放大電路輸入端接帶窄帶濾波的光電接收器輸出端。
文檔編號G01L1/24GK102003977SQ20101050842
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者林春, 王磊, 黃元慶 申請人:廈門大學(xué)