專利名稱：一種線性腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種傳感系統(tǒng)，尤其涉及一種線性腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)。
背景技術：
光纖光柵傳感器不受電磁干擾，傳輸信號安全，可實現(xiàn)非接觸測量，可做成光纖傳光型及傳感型的各式各樣的傳感器，它具有高靈敏度、高精度、高速度、高密度，適應各種惡劣環(huán)境下使用以及非接觸、非破壞和使用簡便等特點。在傳統(tǒng)FBG傳感系統(tǒng)研究當中，通常采用寬譜光源或波長可調光纖激光器為整個系統(tǒng)提供光信號，然而寬譜光源存在較多缺陷，比如輸出功率較低。由于輸出的功率較低導致FBG在進行遠距離傳感時信噪比較低，可探測功率不高，從而造成高功耗；在用波長可調激光器對FBG進行掃描時，又因FBG反射譜帶寬較寬，頂部較平坦，而不易于精準確定FBG 中心波長所處的位置。目前，基于以上所述的缺陷，人們逐漸將目光轉向光纖激光器。但是， 現(xiàn)有的這類傳感系統(tǒng)研究全部集中于單個光柵的傳感，無法實現(xiàn)對腔內多個FBG的陣列傳感。且這些方案結構及原理復雜，不能夠體現(xiàn)FBG準分布式的特點，不利于分布式傳感的設計。單個光柵傳感沒有將溫度補償?shù)囊蛩乜紤]在內，傳感精度受到嚴重影響。對于兩個或兩個以上FBG的基于光纖激光器的傳感系統(tǒng)的研究，未獲得較高的信噪比，每個波長輸出信噪比僅為25dB，傳感系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題是構建一種線性腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術傳感系統(tǒng)穩(wěn)定性差的技術問題。本發(fā)明的技術方案是構建一種腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，包括由多個光纖布拉格光柵串聯(lián)連接構成的光纖布拉格光柵陣列、波分復用器、泵浦源、摻館光纖、 偏振控制器、耦合器、單模光纖、1/4波片、波長解調裝置，所述泵浦源連接所述波分復用器的端口 a，所述光纖布拉格光柵陣列連接所述波分復用器的端口 b，所述波分復用器的端口 c與所述摻館光纖的一端相連，所述摻館光纖另一端連連接所述偏振控制器的一端，所述偏振控制器的另一端連接所述耦合器的端口 C，所述耦合器的端口 a和端口 b連接所述單模光纖和所述1/4波片以構成非線性環(huán)形環(huán)境，所述耦合器的端口 d接到所述波長解調裝置上， 所述光纖布拉格光柵陣列的光纖布拉格光柵受到應力或溫度的作用時，所述波長解調裝置解調出所述光纖布拉格光柵陣列反射中心波長的變化。本發(fā)明的進一步技術方案是所述光纖布拉格光柵陣列包括多對光纖布拉格光柵，每對光纖布拉格光柵的其中一個用于應力傳感。本發(fā)明的進一步技術方案是所述光纖布拉格光柵陣列包括多對光纖布拉格光柵，每對光纖布拉格光柵的其中一個用于對傳感光柵進行溫度補償。本發(fā)明的進一步技術方案是所述光纖布拉格光柵陣列中增加串聯(lián)的光纖布拉格光柵。本發(fā)明的進一步技術方案是所述耦合器為能量對稱的耦合器。本發(fā)明的技術效果是提供一種線性腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，在激光諧振腔內引入多個FBG，把激光器本身作為傳感系統(tǒng)應用，獲得了較傳統(tǒng)方案更高的信噪比，溫度傳感精度和應力傳感精度都較好，除此之外，系統(tǒng)結構簡單可行，此傳感方案可同時對多個光柵進行傳感測量，可實現(xiàn)遠距離傳感，有利于光纖光柵的復用。


圖I為本發(fā)明的結構示意圖。
圖2為本發(fā)明四波長激光器輸出光譜。
圖3為本發(fā)明激光器輸出譜線隨溫度測量變化。
圖4為本發(fā)明激光輸出隨溫度線性變化曲線。
圖5為本發(fā)明激光器輸出譜線隨測量應力變化。
圖6為本發(fā)明激光輸出波長隨應力變化曲線。
具體實施方式
下面結合具體實施例，對本發(fā)明技術方案進一步說明。
如圖I所示，本發(fā)明具體實施方式
是構建一種腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，包括:由多個光纖布拉格光柵串聯(lián)連接構成的光纖布拉格光柵陣列15、波分復用器5、
泵浦源6、摻餌光纖7、偏振控制器8、耦合器9、單模光纖10、1/4波片11、波長解調裝置12、 計算機13，所述泵浦源6連接所述波分復用器5的端口 a，所述光纖布拉格光柵陣列15連接所述波分復用器5的端口 b，所述波分復用器5的端口 c與所述摻餌光纖7的一端相連，所述摻餌光纖7另一端連連接所述偏振控制器8的一端，所述偏振控制器8的另一端連接所述耦合器9的端口 C，所述耦合器9的端口 a和端口 b連接所述單模光纖10和所述1/4波片11以構成非線性環(huán)形環(huán)境，所述耦合器9的端口 d接到所述波長解調裝置12上，所述光纖布拉格光柵陣列15的光纖布拉格光柵受到應力或溫度的作用時，所述波長解調裝置12 解調出所述光纖布拉格光柵陣列反射中心波長的變化。本發(fā)明優(yōu)選實施方式中，所述光纖布拉格光柵陣列I包括多對光纖布拉格光柵， 圖I中，包括兩對光纖布拉格光柵(2、3),每對光纖布拉格光柵的其中一個用于應力傳感, 每對光纖布拉格光柵的另一個用于對傳感光柵進行溫度補償。如圖I所示，本發(fā)明具體實施例中，光纖激光器為線性腔結構，其中采用單向 1480nm的泵浦(Amonics ALD1480-400-B-FA)作為激勵源，增益介質7采用11米長摻雜濃度為4. 0*10-4cnT3高摻雜摻鉺光纖(Nufern EDFL-980-HP)，非線性光纖環(huán)鏡包括一段10公里長的單模光纖10，一個四分之一波片11，和一個2X2端口 50/50的定向耦合器9組成。 單模光纖是按照一定的扭絞率繞起來的，10公里單模光纖的扭絞為3轉/米。波長解調裝置12為光譜儀。如圖I所示，本發(fā)明具體實施過程如下采用單向1480nm的泵浦6作為激勵源，然后1480/1550nm的波分復用器5將1480nm的泵浦光耦合進腔內進入摻餌光纖7中，當功率到達一定閾值后，產生粒子束反轉，鉺離子受激輻射由激光上能級躍遷至基態(tài)，產生受激輻射，輸出波長處于1550nm左右的激光,光信號向右通過偏振控制器8,調制偏振控制器8的過程中實現(xiàn)控制系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定度，光信號在通過偏振控制器8后就進入了非線性光纖環(huán)鏡，光信號到達50 : 50的稱合器9后，由能量對稱稱合器9的端口 c輸入,稱合器9分別將50%的能量耦合進端口 a和端口 b，由端口 a進入的50%的入射光沿順時針方向傳播，由端口 c進入的50%的入射光沿逆時針方向傳播。傳播方向不同的兩路光在非線性光纖環(huán)鏡 (10，11)中傳播一周后所積累的非線性偏振旋轉效應不同，在能量對稱型耦合器9的端口 c 和端口 d分別輸出50%的激光，端口 a輸出的50%的光最終由分辨率為O.Olnm的光譜儀進行解調，并利用虛擬儀器技術通過計算機13來記錄光譜儀上的數(shù)據(jù)，并對記錄的數(shù)據(jù)做進一步處理。與此同時，另外由端口 c輸出的50%的光，通過偏振控制器8，再經過摻餌光纖7再次放大進入波分復用器5的端口 C，由波分復用器5的端口 b輸出，而后經過多個中心波長不同的光纖布拉格光柵反射,此時光纖布拉格光柵作為波長選擇反饋兀件對光波進行了波長選擇，反射光由波分復用器5的端口 b進入，然后和泵浦光一起，由端口 c輸出，傳輸完成全部過程，持續(xù)震蕩。此過程中光纖布拉格光柵作為光纖激光器的反饋原件起到濾波的作用的同時，還作為敏感原件，如圖I所不，光纖布拉格光柵對(2、3), —個光纖布拉格光柵作溫度補償用，用于消除環(huán)境影響；另一個作為傳感，既可以用于傳感溫度，又可以用于傳感應力，當其受到應力或者溫度的作用時，其反射中心波長發(fā)生會微小變化，由光譜儀解調出波長的微小變化，從而實現(xiàn)溫度或者應力傳感功能。為了具體測試傳感系統(tǒng)的性能，下面介紹利用本系統(tǒng)完成的實驗首先選定了中心波長分別1552nm 1550nm 1548nm 1546nm的四個光纖布拉格光柵，然后首先在實驗室環(huán)境下對激光輸出光譜進行了監(jiān)測。附圖2為激光器輸出的較穩(wěn)定的四個波長的光譜。由圖可知，通過四個FBG濾波后輸出的四個波長的激光，中心波長分別為 1545. 97810nm、1548. 01425nm、1549. 87108nm 和 1552. 05601nm，所對應的單波長增益分別為-12. 076dBm、-5. 448dBm、_13. 467dBm和-5. 647dBm，可見四個波長的增益并不相同，主要原因為模式競爭較劇烈，增益低的波長的光在腔內傳輸損耗大于增益高的波長的光。然而， 四個波長的波峰處均較圓滑，可見非線性光纖環(huán)鏡引入的強度相關損耗和強度無關損耗特性有效抑制了室溫下燒孔效應。另外，四個波長的3dB帶寬也均為O. Inm左右，這同樣對提高系統(tǒng)傳感精度提供了有利條件。圖2中背景噪聲電平約為_40dBm，則系統(tǒng)信噪比可由四波長分別對應的增益減去背景噪聲功率得到。可知系統(tǒng)信噪比約為30dB，相對于傳統(tǒng)的應用寬譜光源和可調激光器光源進行傳感的方法相比，此腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)在陣列傳感方面信噪比具有很大優(yōu)勢。在實驗室環(huán)境下對激光輸出的穩(wěn)定性進行了監(jiān)測，測得半個小時內波長的漂移狀況如表I所示表I 一小時內波長漂移數(shù)據(jù)統(tǒng)計
權利要求
1.一種線性腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，其特點在于，包括由多個光纖布拉格光柵串聯(lián)連接構成的光纖布拉格光柵陣列、波分復用器、泵浦源、摻餌光纖、偏振控制器、 耦合器、單模光纖、1/4波片、波長解調裝置，所述泵浦源連接所述波分復用器的端口 a，所述光纖布拉格光柵陣列連接所述波分復用器的端口 b，所述波分復用器的端口 c與所述摻餌光纖的一端相連，所述摻餌光纖另一端連連接所述偏振控制器的一端，所述偏振控制器的另一端連接所述耦合器的端口 C，所述耦合器的端口 a和端口 b連接所述單模光纖和所述 1/4波片以構成非線性環(huán)形環(huán)境，所述耦合器的端口 d接到所述波長解調裝置上，所述光纖布拉格光柵陣列的光纖布拉格光柵受到應力或溫度的作用時，所述波長解調裝置解調出所述光纖布拉格光柵陣列反射中心波長的變化。
2.根據(jù)權利要求I所述線性腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，其特點在于，所述光纖布拉格光柵陣列包括多對光纖布拉格光柵，每對光纖布拉格光柵的其中一個用于應力傳感。
3.根據(jù)權利要求I所述線性腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，其特點在于，所述光纖布拉格光柵陣列包括多對光纖布拉格光柵，每對光纖布拉格光柵的其中一個用于對傳感光柵進行溫度補償。
4.根據(jù)權利要求I所述線性腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，其特點在于，所述光纖布拉格光柵陣列中增加串聯(lián)的光纖布拉格光柵。
5.根據(jù)權利要求I所述線性腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，其特點在于，所述耦合器為能量對稱的稱合器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種腔內光纖布拉格光柵陣列傳感系統(tǒng)，在激光諧振腔內引入四個FBG，把激光器本身作為傳感系統(tǒng)應用，較傳統(tǒng)方案更高的信噪比，獲得了較傳統(tǒng)方案更高的信噪比，溫度傳感精度和應力傳感精度都較好，除此之外，系統(tǒng)結構簡單可行，此傳感方案可同時對多個光柵進行傳感測量，有利于光纖光柵的復用。
文檔編號G01D5/26GK102589585SQ20121000863
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權日2012年1月11日
發(fā)明者叢山, 姚勇, 孫云旭, 梁影, 潘利峰 申請人:哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院