光纤Bragg光栅传感器解调器[发明专利]

[12]发明专利申请公布说明书

[21]申请号200710067083.6

[51]Int.CI.

G01K 11/32 (2006.01)G01D 5/26 (2006.01)

[43]公开日2008年8月13日[22]申请日2007.02.09[21]申请号200710067083.6

[71]申请人中国计量学院

地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街[72]发明人金永兴 刘涛 康娟 沈为民 方涛

[11]公开号CN 101241029A

[74]专利代理机构浙江杭州金通专利事务所有限公司

代理人沈孝敬

权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页

[]发明名称

光纤Bragg光栅传感器解调器

[57]摘要

本发明公开了一种光纤Bragg光栅传感器解调器，包括宽谱光源、FP光滤波器、2*2耦合器、测量FBG光栅、定位透射FBG光栅、光纤气体吸收室、光接收阵列、解调电路、采集卡和控制电路。本发明具有以下优点：1.参考光路通过定位透射光栅获得测量光波长的区间，减少计算和寻峰时间，使得实时检测速度加快。2.通过气体吸收室特征吸收谱线作为参考，减少环境温度对测量的影响，提高测量精度。3.本发明的光纤光栅解调仪应用范围广，可适用光纤光栅传感器和波长测量中。

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权 利 要 求 书

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1. 光纤Bragg光栅传感器解调器，包括宽谱光源、FP光滤波器、2*2耦合器、测量FBG光栅、定位透射FBG光栅、光纤气体吸收室、光接收阵列、放大电路、AD/DA双向采集卡和控制电路，其特征在于所述的宽谱光源和FP光滤波器组成可调光源，通过2*2耦合器分成两路光，分别进入测量光路和参考光路：进入测量光路的光通过测量FBG光栅、并经测量FBG光栅反射、又经耦合器后进入光接收阵列单元，进入参考光路的光经定位透射FBG光栅和光纤气体吸收室后进入光接收阵列；从光接收阵列输出的模拟电信号通过放大电路、经AD/DA双向采集卡的AD模块转化为数字信号后输入计算机； 计算机处理后产生一个数字控制信号，经AD/DA双向采集卡的DA模块转化为模拟控制信号，再经放大电路、控制电路输入到FP光滤波器。 2. 如权利要求1所述的光纤Bragg光栅传感器解调器，其特征在于所述的光纤气体吸收室内充有对光有特性吸收谱线的气体N2H2。

3. 如权利要求1或2所述的光纤Bragg光栅传感器解调器，其特征在于所述的放大电路包括放大模块、滤波模块和偏置模块，从光接收阵列输出的模拟电信号通过所述的放大电路的放大模块和滤波模块进入AD/DA双向采集卡的AD模块；计算机处理后产生的数字控制信号，经AD/DA双向采集卡的DA模块转化为模拟控制信号，再经放大电路的放大模块和偏置模块输入到控制电路。

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说 明 书

光纤Bragg光栅传感器解调器

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技术领域

本发明涉及涉及光纤传感领域，具体地说是一种光纤Bragg光栅传感器解调器。背景技术

在光纤光栅温度传感领域中，外界温度的变化会引起光栅布拉格波长的微小偏移，如何检测传感光栅布拉格波长的微小偏移是光纤布拉格光栅传感器实用化面临的关键问题。目前有很多种解调方法，如光谱仪、单色仪等仪器，但光谱仪一是价格偏高，不适用于普通用户。另外如采用F-P滤波解调，但也存在测量结果受外界环境温度影响，测量精度不高的问题。发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，提供一种改进型的光纤Bragg光栅传感器解调器，旨在提高测量精度，简化结构，降低成本。 为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：光纤Bragg光栅传感器解调器，包括宽谱光源、FP光滤波器、2*2耦合器、测量FBG光栅、定位透射FBG光栅、光纤气体吸收室、光接收阵列、放大电路、AD/DA双向采集卡和控制电路，其特征在于所述的宽谱光源和FP光滤波器组成可调光源，通过2*2耦合器分成两路光，分别进入测量光路和参考光路：进入测量光路的光通过测量FBG光栅、并经测量FBG光栅反射、又经耦合器后进入光接收阵列单元，进入参考光路的光经定位透射FBG光栅和光纤气体吸收室后进入光接收阵列；从光接收阵列输出的模拟电信号通过放大电路、经AD/DA双向采集卡的AD模块转化为数字信号后输入计算机；计算机处理后产生一个数字控制信号，经AD/DA双向采集卡的DA模块转化为模拟控制信号，再经放大电路、控制电路输入到FP光滤波器。 本发明的光纤Bragg光栅传感器解调器，采用光滤波器实现透射光波长在一定范围内的扫描，通过宽谱气体吸收光谱作为参考。其工作原理如下：

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200710067083.6说 明 书 第2/4页

宽带光源产生的光通过FP光滤波器组成可调光源，通过2*2耦合器分成两个光路，一路进入测量光纤光栅，经测量光栅反射的光又经耦合器进入光接收阵列单元，得到反射峰值与FP光滤波器扫描电压的关系；另一路为参考光路，由一个透射光栅和一个气室组成，气室中的气体对光有特性吸收谱线，光通过两者进入光接收阵列单元，得到透射峰的峰值与FP光滤波器扫描电压的关系，我们选择其中两个吸收峰，选定的依据是使得我们测量的反射峰处于两者中间，由于吸收峰波长值是已知的，两路数据通过计算处理插值计算得到通过测量光栅反射的波长值。定位光栅主要使计算机比较容易找到需要的波长峰值，一般要求温度敏感性比较小的光栅。 本发明具有以下优点：

1.参考光路通过定位透射光栅获得测量光波长的区间，减少计算和寻峰时间，使得实时检测速度加快。

2.通过气体吸收室特征吸收谱线作为参考，减少环境温度对测量的影响，提高测量精度。

3.本发明的光纤光栅解调仪应用范围广，可适用光纤光栅传感器和波长测量中。

作为本发明的进一步改进，所述的放大电路包括放大模块、滤波模块和偏置模块，从光接收阵列输出的模拟电信号通过所述的放大电路的放大模块和滤波模块进入AD/DA双向采集卡的AD模块；计算机处理后产生的数字控制信号，经AD/DA双向采集卡的DA模块转化为模拟控制信号，再经放大电路的放大模块和偏置模块输入到控制电路。附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 图1是本发明的结构示意图。

图2是光纤气体吸收室中C2H2气体的吸收谱线图。

图3是定位光栅、气室吸收峰值1、传感光栅峰值和气室吸收峰值2的谱线图。

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具体实施方式

参照图1，光纤Bragg光栅传感器解调器，包括宽谱光源、FP光滤波器、2*2耦合器、测量FBG光栅、定位透射FBG光栅、光纤气体吸收室、光接收阵列、放大电路、AD/DA双向采集卡和控制电路，所述的放大电路包括放大模块、滤波模块和偏置模块，所述的宽谱光源和FP光滤波器组成可调光源，通过2*2耦合器分成两路光，分别进入测量光路和参考光路：进入测量光路的光通过测量FBG光栅、并经测量FBG光栅反射、又经耦合器后进入光接收阵列单元，进入参考光路的光经定位透射FBG光栅和光纤气体吸收室后进入光接收阵列；从光接收阵列输出的模拟电信号通过放大电路的放大模块和滤波模块、经AD/DA双向采集卡的AD模块转化为数字信号后输入计算机；计算机处理后产生一个数字控制信号，经AD/DA双向采集卡的DA模块转化为模拟控制信号，再经放大电路的放大模块偏置模块、控制电路输入到FP光滤波器。 功能模块的说明：

1.宽谱光源：输出波长1520nm-1570nm；

2.光滤波器(FP可调谐滤波器)工作波长范围：1520nm-1570nm，每个FSR(自由光谱范围)调谐电压小于12V； 3.2×2的耦合器；

4.FBG传感光栅(光纤布拉格光栅)中心波长在1530nm-10nm，反射率大于90％；

5.FBG定位光栅，中心波长在1530nm附近，温敏封装；

6.光纤气体吸收室：C2H2气体，工作波长范围1510nm-10nm，其吸收谱线图如图2所示；

7.采集卡：为NI公司1M采集速率，同时具有DA(数模)和AD(模数)功能，DA主要产生3Hz三角波扫描信号，通过控制电路加上一定的偏置电压加在可调谐滤波器的调谐电压输入端。AD采集两路测量光路和参考光路数据，供后面处理获得测量温度。 本发明的具体工作过程如下：

宽带光源产生的光通过FP光滤波器组成一个可调谐光源波长范围从1520nm到1570nm，通过2×2耦合器分成两个光路，一路进入FBG传感光栅，

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经传感光栅反射的光又经2×2耦合器返回进入光接收阵列单元，得到FBG传感光栅中心波长值(中心波长值随着外界温度变化会飘移)与FP光滤波器扫描电压的关系；另一路为参考光路，由一个定位光栅和一个气室组成，气室中的气体对通过光有特征吸收谱线作为我们测量的标准，最后进入光接收阵列单元，得到包括定位光栅峰值和气室吸收峰值与FP光滤波器扫描电压的关系，我们选择气室其中两个吸收峰，选定的依据是使得我们传感光栅的反射峰值处于气室两个吸收峰两者中间，由于吸收峰波长值是已知的，两路数据通过计算处理插值计算得到通过传感光栅反射的波长。定位光栅主要使计算机比较容易找到需要的波长峰值，一般要求温度敏感性比较小的光栅。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

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说 明 书 附 图

第1/2页

图1

图2

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图3

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