專利名稱：布拉格光柵的解調(diào)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學技術領域，特別涉及一種布拉格光柵的解調(diào)方法。
背景技術：
光纖布拉格光柵(FBG)是國際上新興的ー種在光纖通訊、光纖傳感等光電子處理領域有著廣泛應用前景的基礎性光纖器件。當前FBG的制作與應用研究成為世界各國光纖技術研究的熱點和重點。作為傳感元件，光纖光柵將被感測信息轉(zhuǎn)化為其反射波長的移動，即波長編碼，因而不受光源功率波動和系統(tǒng)損耗的影響。另外，光纖光柵具有可靠性好、抗電磁干擾、抗腐蝕等特點，易于將多個光纖光柵串聯(lián)在一根光纖上構(gòu)成光纖光柵陣列，實現(xiàn) 分布式傳感，這是其他傳感元件所不及的。光纖布拉格光柵(FBG)傳感器的工作原理如圖I所不，包括如下FBG的周期較小(光柵周期)，其基本特性表現(xiàn)為ー個反射式的光學濾波器，反射譜寬200 300pm,布拉格反射波長。當FBG所處環(huán)境的溫度、應力、應變或其它物理量發(fā)生變化時，光柵周期或纖芯折射率將發(fā)生變化，從而使反射光的波長發(fā)生變化。通過測量反射光波長的變化，就可以獲得待測物理量的變化情況。此外，利用磁場誘導的左右旋極化波的折射率變化不同，可實現(xiàn)對磁場的直接測量；通過在光柵上涂敷壓電材料等特殊功能材料，還可實現(xiàn)對電場等物理量的間接測量。FBG傳感器的關鍵就在于精確的檢測反射波長的微小移動，即對波長編碼信號進行解調(diào)。利用高精度的光譜分析儀可以達到這一目的，但由于其體積龐大，價格昂貴，很難用于實際應用中。目前，光纖光柵大多利用光纖材料的光敏性(峰值位于240nm的紫外區(qū))制成。紫外光通過摻雜光纖時，與纖芯內(nèi)摻雜離子相互作用而引起折射率的永久性變化，在纖芯中形成相位光柵，其作用相當于ー個透射或反射式的窄帶濾波器。光纖光柵的周期和折射率調(diào)制深度直接決定了它的光譜特性，設計出不同結(jié)構(gòu)的光纖光柵，就能夠制作出不同特性的光纖器件。另外，光纖布拉格光柵作為新型傳感器件在應變和溫度傳感領域受到廣泛關注。光纖FBG光柵傳感器在應變傳感領域可以分為準靜態(tài)傳感和動態(tài)傳感。準靜態(tài)傳感目前已在橋梁、隧道和礦井監(jiān)測和材料檢測等現(xiàn)場獲的一定的應用。動態(tài)測量主要側(cè)重于頻域信號的分析，目前也有較大的進展。對于光纖光柵傳感系統(tǒng)的關鍵技術布拉格波長信號的解調(diào)，目前在該領域已進行了多方面研究基于FBG濾波法，馬赫ー澤德干渉法，法布里ー拍羅濾波法等。上述內(nèi)容中的ー個重要問題是對于應變的變化，如高頻振動ー類的動態(tài)信號變化，或瞬態(tài)脈沖信號等，沒有足夠高的響應時間。例如，1992年由A. D. Kersey等人提出非平衡Mach-Zehnder(M-Z)干涉解調(diào)法，寬帶光源通過耦合器入射到FBG上，其反射光經(jīng)過兩個耦合器進入不等臂長的M-Z干涉儀，當傳感光纖光柵受到外界作用時，其中心波長的變化導致非平衡M-Z干渉的相位發(fā)生變化，解調(diào)出相位變化量即可得到波長偏移量，實現(xiàn)了 0.6ns(在500Hz下)的分辨率。該解調(diào)方法具有響應速度快、分辨率高的特點，多適用于動態(tài)測量，但在實際應用過程中，極易受應變、溫度等外界因素的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本申請實施例的目的是提供一種布拉格光柵的解調(diào)方法及裝置，以實現(xiàn)適于應變控制的光纖布拉格光柵的波長解調(diào)方法及其系統(tǒng)。為解決上述技術問題，本申請實施例提供一種布拉格光柵的解調(diào)方法是這樣實現(xiàn)的I、一種布拉格光柵的解調(diào)方法，包括SI =ASE寬帶光源將寬帶光輸入F-P可調(diào)諧濾波器，F(xiàn)-P可調(diào)諧濾波器在DSP系統(tǒng)提供的掃描控制周期電壓的作用下將所述寬帶光轉(zhuǎn)換成為掃頻的窄帶光，通過電控壓電陶瓷改變?yōu)V波器中的F-p腔的長度來改變F-P濾波器的導通頻帶；S2 :在調(diào)諧控制信號的作用下，F(xiàn)-P濾波器的導通頻帶掃描整個光柵反射光光譜，根據(jù)由PID控制器得到的目前濾波光纖光柵溫度，可計算得到所需電流，通過設定電流源電流大小，使濾波光纖光柵溫度設定到合適的工作點；S3:系統(tǒng)到穩(wěn)定在工作點后，計算機通過程序控制數(shù)據(jù)采集卡對于光纖光柵動態(tài)應變傳感系統(tǒng)的進行信號測量，系統(tǒng)采用自觸發(fā)模式，等到有觸發(fā)信號后，測量應變的動態(tài)信號，應變的動態(tài)信號計算如下傳感光纖光柵的布拉格波長和應變的關系如下
權(quán)利要求
1.一種布拉格光柵的解調(diào)方法，其特征在于，包括 51=ASE寬帶光源將寬帶光輸入F-P可調(diào)諧濾波器，F(xiàn)-P可調(diào)諧濾波器在DSP系統(tǒng)提供的掃描控制周期電壓的作用下將所述寬帶光轉(zhuǎn)換成為掃頻的窄帶光，通過電控壓電陶瓷改變?yōu)V波器中的F-P腔的長度來改變F-P濾波器的導通頻帶； 52:在調(diào)諧控制信號的作用下，F(xiàn)-P濾波器的導通頻帶掃描整個光柵反射光光譜，根據(jù)由PID控制器得到的目前濾波光纖光柵溫度，可計算得到所需電流，通過設定電流源電流大小，使濾波光纖光柵溫度設定到合適的工作點； 53:系統(tǒng)到穩(wěn)定在工作點后，計算機通過程序控制數(shù)據(jù)采集卡對于光纖光柵動態(tài)應變傳感系統(tǒng)的進行信號測量，系統(tǒng)采用自觸發(fā)模式，等到有觸發(fā)信號后，測量應變的動態(tài)信號，應變的動態(tài)信號計算如下 傳感光纖光柵的布拉格波長和應變的關系如下
2.如權(quán)利要求I所述的布拉格光柵的解調(diào)方法，其特征在于，通過輸出電流Ix得到A入，具體通過下式計算Is = I0+ a n A 入=1。+0. 78 a n 入。e其中，I0為基電流；Ct為常數(shù)，取決于系統(tǒng)器件；n為噪音。
3.如權(quán)利要求I所述的布拉格光柵的解調(diào)方法，其特征在于，步驟S3和S4之間還包括 在控制信號的作用下，F(xiàn)-P濾波器的導通頻帶掃描整個光柵反射光光譜，進而經(jīng)過耦合器分成兩路。
4.如權(quán)利要求I所述的布拉格光柵的解調(diào)方法，其特征在于，所述在光路中加入插值以對波長值進行插值和校準包括 引入一個波長固定的FBG作為參考光柵，以在返回的信號中會多出ー個波峰，從而該波峰與標準具濾波器的50個波峰的相對位置判定所有波峰對應的電壓值。
5.如權(quán)利要求I所述的布拉格光柵的解調(diào)方法，其特征在于，所述方法進ー步包括 通過使用1*N的光開關實現(xiàn)多通道多傳感器復用解調(diào)。
全文摘要
一種布拉格光柵的解調(diào)方法，包括ASE寬帶光源將寬帶光輸入F-P可調(diào)諧濾波器，F(xiàn)-P可調(diào)諧濾波器在DSP系統(tǒng)提供的掃描控制周期電壓的作用下將所述寬帶光轉(zhuǎn)換成為掃頻的窄帶光，通過電控壓電陶瓷改變?yōu)V波器中的F-P腔的長度來改變F-P濾波器的導通頻帶；在調(diào)諧控制信號的作用下，F(xiàn)-P濾波器的導通頻帶掃描整個光柵反射光光譜，根據(jù)由PID控制器得到的目前濾波光纖光柵溫度，可計算得到所需電流，通過設定電流源電流大小，使濾波光纖光柵.溫度設定到合適的工作點；系統(tǒng)到穩(wěn)定在工作點后，計算機通過程序控制數(shù)據(jù)采集卡對于光纖光柵動態(tài)應變傳感系統(tǒng)的進行信號測量，系統(tǒng)采用自觸發(fā)模式，等到有觸發(fā)信號后，測量應變的動態(tài)信號；光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號進入DSP處理系統(tǒng)；在光路中加入插值以對波長值進行插值和校準。利用本方法，信噪比高，應變可測范圍大。
文檔編號G01D3/036GK102778242SQ20121023937
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者顧楊 申請人:顧楊