基于邊帶濾波fbg解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法
【專(zhuān)利摘要】基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法，涉及邊帶濾波解調(diào)FBG領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度低，不能檢測(cè)微弱信號(hào)或微弱信號(hào)變化不明顯的問(wèn)題。本發(fā)明所述的采用n個(gè)邊帶濾波器進(jìn)行邊帶濾波，獲得FBG反射光的總功率，F(xiàn)BG中心波長(zhǎng)λ0隨時(shí)間變化時(shí)，根據(jù)FBG中心波長(zhǎng)λ0，能夠獲得FBG光譜的左右邊界波長(zhǎng)λ1和λ2，帶入FBG反射光的總功率中，獲得時(shí)間t值和相應(yīng)的FBG反射光譜的總功率的擬合方程，根據(jù)擬合方程及FBG中心波長(zhǎng)隨時(shí)間變化的表達(dá)式獲得靈敏度與波長(zhǎng)和功率有關(guān)的表達(dá)式，當(dāng)改變所用邊帶的斜率后，獲得靈敏度與邊帶斜率的關(guān)系式，進(jìn)而獲得FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度。它可用在FBG解調(diào)系統(tǒng)中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度提高方法。屬于邊帶濾波解調(diào) FBG領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種新型傳感元件，光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating, FBG)傳感器具 備獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使其得以迅猛發(fā)展，如準(zhǔn)分布式和波長(zhǎng)編碼。這些優(yōu)點(diǎn)使得FBG傳感器的應(yīng) 用領(lǐng)域非常廣泛。在一些實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)BG傳感器應(yīng)用于微弱信號(hào)的檢測(cè)，這種情況下，解 調(diào)系統(tǒng)的靈敏度就是其重要的性能參數(shù)，提高FBG解調(diào)靈敏度可以實(shí)現(xiàn)FBG傳感器對(duì)外界 環(huán)境的微弱變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在一些安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域或要求監(jiān)測(cè)結(jié)果精確的領(lǐng)域具有很高的 使用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度低，不能檢測(cè)微弱信號(hào)或微弱信號(hào) 變化不明顯的問(wèn)題?，F(xiàn)提供基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度提高方法。
[0004] 基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度提高方法，該方法是基于邊帶濾波FBG解調(diào) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括ASE光源、耦合器、FBG、摻鉺光纖放大器、η個(gè)邊帶濾波器和光譜 儀，η為正整數(shù)，
[0005] ASE光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦合器進(jìn)入FBG中，與FBG中心波長(zhǎng)相匹配的光波被反射回 來(lái)，再次通過(guò)耦合器進(jìn)入摻鉺光纖放大器對(duì)光功率進(jìn)行放大處理，之后通過(guò)η個(gè)邊帶濾波 器濾波后進(jìn)入光譜儀中進(jìn)行波形的提??；
[0006] 步驟一、ASE光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦合器進(jìn)入FBG中，由于FBG的折射率是周期性變 化的與FBG中心波長(zhǎng)相匹配的光波被反射回來(lái)，形成FBG反射光譜，該反射譜波形近似高斯 曲線，將FBG反射光譜擬合為高斯表達(dá)式 ：
[0007]

【權(quán)利要求】
1.基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法，該方法是基于邊帶濾波FBG解調(diào)系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括ASE光源（1)、耦合器（2)、FBG(3)、摻鉺光纖放大器（4)、n個(gè)邊帶 濾波器（5)和光譜儀（6)，η為正整數(shù)， ASE光源（1)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦合器（2)進(jìn)入FBG(3)中，與FBG(3)中心波長(zhǎng)相匹配的光 波被反射回來(lái)，再次通過(guò)耦合器（2)進(jìn)入摻鉺光纖放大器（4)對(duì)光功率進(jìn)行放大處理，之后 通過(guò)η個(gè)邊帶濾波器（5)濾波后進(jìn)入光譜儀（6)中進(jìn)行波形的提??； 其特征在于， 步驟一、ASE光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦合器進(jìn)入FBG中，由于FBG的折射率是周期性變化的 與FBG中心波長(zhǎng)相匹配的光波被反射回來(lái)，形成FBG反射光譜，該反射譜波形近似高斯曲 線，將FBG反射光譜擬合為高斯表達(dá)式 ：
式中，y〇, A, w均為常量；λ表不波長(zhǎng)；λ ^表不FBG反射譜的中心波長(zhǎng)； 設(shè)所用的第η個(gè)邊帶濾波器線性區(qū)域透射率的表達(dá)式為：
式中，kn為第η個(gè)邊帶線性區(qū)域?qū)?yīng)的邊帶斜率，bn為第η個(gè)邊帶計(jì)算透射率時(shí)對(duì)應(yīng) 的常量， 采用η個(gè)邊帶濾波器對(duì)FBG反射光進(jìn)行邊帶濾波，獲得η次濾波后FBG反射光譜的功 率為：
式中，τη( λ)為第η個(gè)邊帶濾波器的對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的透射率， 將FBG反射光譜的功率單位變?yōu)楹镣叩墓剑?br> 根據(jù)公式：
對(duì)單位為毫瓦的FBG反射光譜的功率進(jìn)行積分處理獲得FBG反射光譜總功率， 式中，λ i表示FBG反射譜左側(cè)邊界對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，λ 2表示FBG反射譜右側(cè)邊界對(duì)應(yīng)的 波長(zhǎng)， 根據(jù)公式：
將FBG反射光譜的總功率單位從毫瓦變?yōu)閐Bm， 將公式1至公式6依次代入，獲得單位為dBm的FBG反射光譜的總功率的總表達(dá)式為：
FBG中心波長(zhǎng)λ J逭時(shí)間變化時(shí)，設(shè)FBG中心波長(zhǎng)隨時(shí)間按正弦發(fā)生變化的表達(dá)式為：
式中，a為FBG反射譜的中心波長(zhǎng)變化振幅，λ w為FBG起始中心波長(zhǎng)， 根據(jù)FBG中心波長(zhǎng)λ ^，能夠獲得FBG光譜的左右邊界波長(zhǎng)λ i和λ 2， 將λ ρ λ i和λ 2代入公式7中，將時(shí)間t和相應(yīng)的FBG反射光譜的總功率進(jìn)行擬合， 其擬合方程的表達(dá)式為：
式中，Pn代表η次濾波功率值，P%表示η次濾波時(shí)當(dāng)中心波長(zhǎng)不發(fā)生漂移所對(duì)應(yīng)的功 率值，cn表示η次濾波后功率變化的振幅， 步驟二、根據(jù)步驟一中FBG中心波長(zhǎng)隨時(shí)間按正弦發(fā)生變化的表達(dá)式和時(shí)間t與FBG 反射光譜的總功率擬合方程的表達(dá)式，獲得靈敏度與波長(zhǎng)和功率有關(guān)的表達(dá)式，當(dāng)改變所 用邊帶的斜率后，獲得靈敏度與邊帶斜率的關(guān)系式，進(jìn)而獲得FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法，其特征在于， 步驟二中根據(jù)FBG中心波長(zhǎng)隨時(shí)間按正弦發(fā)生變化的表達(dá)式和擬合方程的表達(dá)式，獲得靈 敏度與波長(zhǎng)和功率有關(guān)的表達(dá)式，當(dāng)改變所用邊帶的斜率后，獲得靈敏度與邊帶斜率的關(guān) 系式，進(jìn)而獲得FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的過(guò)程為： 由FBG中心波長(zhǎng)隨時(shí)間按正弦發(fā)生變化的表達(dá)式和擬合方程的表達(dá)式獲得FBG解調(diào)系 統(tǒng)的靈敏度計(jì)算公式為：
式中，S為FBG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度，Λ P為FBG反射譜的功率變化量，Λ λ為FBG反射 譜的中心波長(zhǎng)變化量，h和t2為不同的時(shí)刻， FBG中心波長(zhǎng)振幅a為lnm時(shí)，則靈敏度計(jì)算公式變?yōu)椋?br> 采用一個(gè)邊帶濾波器對(duì)FBG反射光進(jìn)行單次邊帶濾波，邊帶斜率k改變時(shí)，經(jīng)過(guò)濾波后 的FBG反射光功率的振幅Cl會(huì)發(fā)生改變，將k和相應(yīng)的Cl值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得出Cl和k的 關(guān)系式為：
即靈敏度為：
采用兩個(gè)邊帶濾波器對(duì)FBG反射光進(jìn)行兩次邊帶濾波，所用邊帶斜率分別為&和k2， 當(dāng)&不變僅改變k2時(shí)，經(jīng)過(guò)兩次邊帶濾波的FBG反射光功率的振幅c2發(fā)生變化，將kp k2 之和與相應(yīng)的c2值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得出的c2與ki+k2之和的關(guān)系式為：
即靈敏度為：
η次邊帶濾波后，F(xiàn)BG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度與邊帶斜率呈線性變化關(guān)系，根據(jù)數(shù)據(jù)擬合方 程：
獲得FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度S，
【文檔編號(hào)】G01D5/26GK104154935SQ201410400464
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】熊燕玲, 任乃奎, 趙磊, 楊文龍, 沈濤, 于雪蓮 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)