專利名稱：多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是關(guān)于多模光纖布拉格光柵傳感器的波長(zhǎng)檢測(cè)方法和裝置。
背景技術(shù)：
光纖傳感器指由光導(dǎo)纖維做成的多種傳感器件。根據(jù)光導(dǎo)纖維在其中的功能，可把光纖傳感器分為兩類第一類為本征型傳感器光纖既用來作為信息傳輸媒介又用來構(gòu)成傳感器；第二類為非本征型傳感器光纖只用來實(shí)現(xiàn)信息傳輸或能量采集的功能，而傳感器是由其它非光纖材料制成的。與傳統(tǒng)的電子傳感器相比，光纖傳感器具有下述一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，譬如受外界電磁場(chǎng)干擾小、長(zhǎng)期漂移小、可靠性高、不帶電，因而適于在石油、天然氣、化工及其它易燃易爆環(huán)境中應(yīng)用；體積小、重量輕、復(fù)用能力強(qiáng)，可在一根光纖上連接多個(gè)傳感器構(gòu)成分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)。
在各種光纖傳感器技術(shù)中，以光纖布拉格光柵為基礎(chǔ)的傳感器，因其采用的是波長(zhǎng)編碼、而且尺寸小、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)特別受到重視。光纖布拉格光柵已被用來做成各種傳感器，如溫度、應(yīng)變、加速度、壓力、和電流傳感器等。光纖光柵類傳感器信號(hào)處理的基本原理是測(cè)量其反射信號(hào)的波長(zhǎng)。常用的波長(zhǎng)檢測(cè)方法有許多種。Melle等人于己于1992年報(bào)道了一種基于光學(xué)濾波器的解調(diào)方法。Measures等人1998年發(fā)表了使用可調(diào)激光器對(duì)光纖光柵傳感器的解調(diào)方法。Kersey和其同事于1992年發(fā)表了采用光纖干涉儀實(shí)現(xiàn)高分辨率光纖光柵應(yīng)變傳感器測(cè)量方法。Davis和Kersey于1995年發(fā)表了采用匹配光纖光柵濾波器對(duì)解調(diào)光柵應(yīng)變傳感器陣列的信號(hào)處理方法。除此以外，寬帶光源和可調(diào)光學(xué)濾波器也被普遍采用。
上述基于單模光纖光柵的傳感器系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電子傳感器相比，盡管在很多方面具有優(yōu)越的性能，但是信號(hào)處理系統(tǒng)的成本相對(duì)較高，因此限制了在工業(yè)等領(lǐng)域的普遍應(yīng)用。在多模光纖上也可以用與單模光柵類似的方法制造光纖光柵。由于多模光纖的芯徑和數(shù)值孔徑都比單模光纖大，當(dāng)使用發(fā)光管器件作為光源時(shí)，光的耦合效率比單模光纖可以提高30到100倍。由于發(fā)光管器件的成本遠(yuǎn)低于可調(diào)激光器，多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)在成本上具有較大潛力可以大大低于單模光纖系統(tǒng)的成本。
美國的Wanser等人1994年報(bào)道了使用多模光纖布拉格光柵進(jìn)行彎曲傳感檢測(cè)的應(yīng)用和理論分析。在其方案中，反射光譜的形狀通常與在傳感光柵元件前的光纖的彎曲角度有關(guān)。日本的Mizunami等人則發(fā)表了用標(biāo)準(zhǔn)的50/125um漸變型光纖制成的多模光柵和用色散轉(zhuǎn)移光纖制成的少模光柵的特性及其在溫度檢測(cè)和彎曲傳感的實(shí)驗(yàn)研究。Zhao和C1aus也演示證明了采用多模光柵進(jìn)行應(yīng)變和溫度傳感監(jiān)測(cè)的可行性。Lim等人發(fā)布了一種基于傳感器反射光譜和同傳感器預(yù)記錄參考光譜相關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理方法來解決多模光柵傳感器的多峰值波長(zhǎng)測(cè)量問題。上述關(guān)于多模光纖光柵傳感器的研究只局限于采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室儀器，譬如光譜分析儀等。既沒有涉及到使用低成本的發(fā)光管光源，也沒有涉及到采用多模匹配光柵的波長(zhǎng)檢測(cè)方法。
綜上所述，盡管光纖光柵已成為光纖傳感器的一個(gè)主流技術(shù)，但是在信號(hào)處理技術(shù)上比較成熟的是單模光纖光柵系統(tǒng)。而適合工程應(yīng)用的針對(duì)多模光纖光柵傳感器的信號(hào)處理技術(shù)還有待于進(jìn)一步解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)多模光纖光柵傳感器的信號(hào)處理方法，該方法利用匹配多模光纖光柵，使用低成本的多模光源來替代傳統(tǒng)的單模光纖輸出的光源或可調(diào)激光器，能夠達(dá)到1pm的波長(zhǎng)分辨率。
技術(shù)方案多模光纖布拉格光柵的原理是當(dāng)多模光纖纖芯的折射率沿光纖軸向以空間周期而均勻的調(diào)制后，就形成多模光柵。決定光柵布拉格反射條件的光傳播系數(shù)將滿足β1-β2＝2π/Λ，這里β1和β2分別是同一個(gè)空間模前向和后向?qū)Рǖ膫鞑コ?shù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的50/125微米多模光纖，在波長(zhǎng)1310nm或1550nm區(qū)域能支持幾百個(gè)以上的傳導(dǎo)模。然而，由于許多傳導(dǎo)?？梢跃哂袔缀跸嗟鹊膫鞑コ?shù)，在光柵的反射光譜上就表現(xiàn)為同一個(gè)布拉格反射波長(zhǎng)。這種具有相同傳播常數(shù)的傳導(dǎo)模，在分析時(shí)可等效為一個(gè)簡(jiǎn)并模。對(duì)于多模光纖中的第N個(gè)簡(jiǎn)并模，其傳播常數(shù)βN可以描述為βN=2πncλ1-4Δ(N+1)V----(1)]]>這里nc代表纖芯的折射率，Δ為最大相對(duì)折射率的差值，V＝2πaNA/λ為歸一化頻率，a為纖芯半徑，NA為光纖的數(shù)值孔徑。
布拉格反射條件可以是在同一個(gè)簡(jiǎn)并模的前向和后向?qū)Рㄖg的相位匹配耦合，也可以是由兩相鄰簡(jiǎn)并模之間的相位匹配耦合而產(chǎn)生的。由于第N個(gè)簡(jiǎn)并模的前向和后向傳播模間耦合所產(chǎn)生的布拉格波長(zhǎng)為λ=2n1Λ((1-4Δ(N+1)/V)----(2)]]>其中Λ為光柵的周期。由第N個(gè)和第(N+1)個(gè)反射模之間的匹配而產(chǎn)生的布拉格波長(zhǎng)將取決于這兩個(gè)相鄰模傳播常數(shù)的平均值，β＝βN+βN+1。因此在光譜上也將位于第N個(gè)和第(N+1)個(gè)模的布拉格反射峰之間。
對(duì)于一個(gè)多模光纖光柵，能觀察到的簡(jiǎn)并模的數(shù)量取決于光纖中有多少模得到激勵(lì)。若把寬帶白光源發(fā)出的光耦合進(jìn)多模光纖，幾乎所有的傳播模式都可以得到激勵(lì)。在此情況下，一般可以觀察到個(gè)左右的布拉格反射波峰。然而當(dāng)光是來自單模光纖或窄帶光源，譬如帶有單模尾纖的SLD，并用來耦合到多模光纖光柵，不是所有的傳導(dǎo)模式都能被激勵(lì)，這樣能觀察到布拉格波長(zhǎng)也就減少，通常在10個(gè)以下。與單模光纖光柵類似，多模光纖光柵的反射波長(zhǎng)也會(huì)受環(huán)境溫度和沿光纖軸向應(yīng)變調(diào)制。對(duì)任一兼并模的布拉格波長(zhǎng)，由應(yīng)變所引起的波長(zhǎng)漂移可以描述為Δλ＝(1-Pe)λε (3)這里λ和Δλ分別是布拉格波長(zhǎng)和波長(zhǎng)的相對(duì)變化量，Pe是有效光彈性系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)光纖其數(shù)值為0.22。
多模光纖光柵對(duì)溫度的響應(yīng)系數(shù)可由下式描述dλdT=λ2dn1Λ2dΛdT+[λ22n12Λ-λ2(N+1)(3n2-2n1)2πan122n1(n1-n2)]dn1dT+λ2(N+1)2πan12n1(n1n2)dn2dT----(4)]]>其中，dn1/dT和dn2/dT分別為光纖纖芯和包層的折射率對(duì)溫度的變化系數(shù)，約為0.55×10-5/℃；dΛ/dT為光纖的熱膨脹系數(shù)，其數(shù)值約為0.55×10-6/℃。
利用對(duì)溫度和應(yīng)變的響應(yīng)特性，多模光纖光柵可以封裝成溫度或應(yīng)變傳感器。通過對(duì)光柵波長(zhǎng)的測(cè)量即可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和應(yīng)變的檢測(cè)。本發(fā)明采用的波長(zhǎng)檢測(cè)方法是基于匹配多模光纖布拉格光柵。
基于匹配多模光纖布拉格光柵的波長(zhǎng)檢測(cè)方案 多模光纖匹配光柵波長(zhǎng)檢測(cè)的原理與單模光纖相似。寬帶光源發(fā)出的光，經(jīng)耦合器傳輸?shù)蕉嗄９饫w光柵傳感器。一部分能量將由該多模光柵器件反射傳回到上述耦合器。反射回來的光能量通過另一個(gè)耦合器分配成兩路一路直接到光電探測(cè)器11，另外一路經(jīng)過一個(gè)與傳感器光柵同樣的參考光柵，即匹配光柵，然后到達(dá)光電探測(cè)器14。當(dāng)傳感光柵的環(huán)境溫度與參考光柵相同，而且不受應(yīng)變時(shí)，兩光柵的反射光譜相同，傳輸?shù)絽⒖脊鈻诺墓饽芰看蟛糠直环瓷浠厝?，因此通過參考光柵后到達(dá)探測(cè)器14的光能量最小。而當(dāng)傳感光柵的波長(zhǎng)偏離參考光柵時(shí)，探測(cè)器14接收到的光能量將增大。探測(cè)器11接收到的光強(qiáng)不隨傳感光柵的波長(zhǎng)發(fā)生變化，因此可以用來補(bǔ)償由于光源的強(qiáng)度，光譜的平坦度，光纖傳輸損耗等變化所造成的影響。
除上述信號(hào)探測(cè)方式外，利用參考光柵反射的能量與代表傳感光柵的反射能量的信號(hào)的相對(duì)變化，或者是利用參考光柵反射的信號(hào)與通過其透射的信號(hào)之間的相對(duì)變化也都可以達(dá)到上節(jié)所描述的光柵波長(zhǎng)檢測(cè)以及強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)哪康摹?br> 上述匹配光柵波長(zhǎng)檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，檢測(cè)速度快，成本低廉。當(dāng)參考光柵沒有采用閉環(huán)控制時(shí)，該方案的波長(zhǎng)檢測(cè)范圍較窄。對(duì)于較大范圍的波長(zhǎng)檢測(cè)可以通過對(duì)參考光柵的閉環(huán)控制來進(jìn)行。此時(shí)，該大量程波長(zhǎng)檢測(cè)的帶寬將取決于參考光柵波長(zhǎng)跟蹤的響應(yīng)速度。


圖1匹配光纖光柵檢測(cè)方案框圖之一。
圖2匹配光纖光柵檢測(cè)方案框圖之二。
圖3匹配光纖光柵檢測(cè)方案框圖之三。
圖4匹配光纖光柵檢測(cè)方案框圖之四。
圖5用于匹配光纖光柵檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)1310nm多模光纖光柵的反射光譜。使用的光源為帶有多模光纖尾纖的發(fā)光管，其中心波長(zhǎng)在1310nm附近。兩個(gè)光纖光柵的基頻波長(zhǎng)都在1310.2nm附近。
圖6用于匹配光纖光柵檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)1550nm多模光纖光柵的反射光譜。使用的光源為帶有單模光纖尾纖的發(fā)光管，其中心波長(zhǎng)在1550nm附近。兩個(gè)光纖光柵的基頻波長(zhǎng)都在1549nm附近。
圖7為應(yīng)用匹配濾波器方法對(duì)于1310nm多模光柵傳感器的測(cè)量結(jié)果。X-軸為傳感器光柵的波長(zhǎng)；Y-軸為按照?qǐng)D1的方案所得到的檢測(cè)結(jié)果。傳感器信號(hào)譜為圖5中的虛線，參考光柵信號(hào)為圖5中的實(shí)線。光柵的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于圖5中最高的反射峰，即從右面數(shù)第二個(gè)反射峰。圖7顯示，匹配檢測(cè)方案的結(jié)果基本上是線性的。
圖8為應(yīng)用匹配濾波器方法對(duì)于1550nm多模光柵的測(cè)試結(jié)果。X-軸為傳感器光柵的波長(zhǎng)；Y-軸為按照?qǐng)D1的方案所得到的檢測(cè)結(jié)果。圖8的結(jié)果顯示，匹配檢測(cè)方案對(duì)于1550nm的多模光柵，其結(jié)果基本上是線性的。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖祥細(xì)說明本發(fā)明的多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)如圖1所示，寬帶光源1發(fā)出的光耦合到多模光纖2和多模光纖耦合器4，然后分配到兩根多模光纖5和6；從光纖5發(fā)出的光經(jīng)光纖連接器19與多模光纖光柵傳感器21相連；透過傳感器21的光和由光纖6傳出的光都在纖維末端采用陷波裝置10和22將其全部損耗掉，使之不再返回原光路；由傳感器21反射回的光經(jīng)多模光纖耦合器4、多模光纖3進(jìn)入多模光纖耦合器8，進(jìn)而分配到參考光柵9和多模光纖13；由參考光柵9反射的信號(hào)經(jīng)耦合器8和多模光纖7傳到光電探測(cè)器11轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；由光纖13傳出的光到達(dá)光電探測(cè)器14并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；電壓放大器12和15分別為用來放大由探測(cè)器11和14轉(zhuǎn)換的光信號(hào)；16為比例放大器，其輸出信號(hào)進(jìn)入比例放大器17再一次放大，由比例放大器17輸出的信號(hào)Vo用光譜儀檢測(cè)。
寬帶光源1，它可以是發(fā)光管，也可以是超級(jí)發(fā)光管，放大隨機(jī)發(fā)射光源(ASE)或者是白幟燈絲光源。對(duì)于短傳輸距離和諸如通常的溫度，壓力等低頻測(cè)量情況，可以采用較低成本的、通常用于低比特率、短距離光纖通信用的發(fā)光管作為光源。在需要較長(zhǎng)距離或較高速的測(cè)量情況時(shí)，可以選用其它高功率的光源，如超級(jí)發(fā)光管(SLD)，或放大隨機(jī)發(fā)射光源(ASE)。常用的光源波長(zhǎng)可以在850nm、1310nm或1550nm附近。2，3，5，6，7，13，20皆為多模光纖。在圖1中，方框18代表信號(hào)處理部分；光纖20代表傳感器信號(hào)傳輸線?？梢允褂玫亩嗄９饫w包括標(biāo)準(zhǔn)的50/125m和62.5/125m階越型或漸變型多模光纖，也可以是105/125m大數(shù)值孔徑或其它特殊的多模光纖。4和8為50∶50多模光纖耦合器。纖維末端采用陷波裝置(10和22)可以采用下面的一種方法或兩種方法的結(jié)合(I)把光纖端頭切割或磨光成一定的角度；(II)把光纖端頭浸入折射率匹配膠內(nèi)；(III)把光纖端頭前部的光纖彎曲固定或其它機(jī)械衰減的方法。比例放大器17的功能是把放大器12和15輸出的信號(hào)V12和V15按照一定的運(yùn)算關(guān)系進(jìn)行放大。其結(jié)果是消除由于光源的強(qiáng)度、光譜形狀、傳感器的反射系數(shù)、光纖傳輸線路損耗等共模噪聲傳感器光波長(zhǎng)的測(cè)量產(chǎn)生影響。該運(yùn)算方法的一般形式為
Vo=k0k1V12-k2V15k3V12+k4V15+Voffset----(5)]]>其中，ki為比例因子，i＝0到4；Voffset為工作點(diǎn)調(diào)零電壓。下面兩種情況為實(shí)際應(yīng)用中的兩個(gè)特例Vo=k0V12-V15V12+V15+Voffset----(6)]]>Vo=k0V12V15+Voffset----(7)]]>按照方程(5)-(7)中的算法所得到的檢測(cè)信號(hào)都可以把傳感器波長(zhǎng)的變化，轉(zhuǎn)換成電壓強(qiáng)度信號(hào)，而且對(duì)系統(tǒng)的共模噪聲能進(jìn)行有效的抑制。
圖2所示的信號(hào)處理方案為圖1的一個(gè)變形，其特點(diǎn)是多模纖耦合器8分配到參考光柵9的透射光進(jìn)入光電探測(cè)器14，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，而多模光纖13的末端帶有陷波裝置23。信號(hào)處理的方式與圖1所描述的方案相同。該方案的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)探測(cè)器11所接收的信號(hào)減少時(shí)，到達(dá)探測(cè)器14的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)增加，反之亦然。因此，信號(hào)的靈敏度會(huì)比圖1所示的方案有所提高。
圖3所示的信號(hào)處理方案為圖1和圖2的另一個(gè)變形，其特點(diǎn)是多模光纖耦合器8分配到參考光柵9的光進(jìn)入光電探測(cè)器14并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，多模光纖13的光進(jìn)入光電探測(cè)器11，而多模光纖7的末端帶有陷波裝置25。信號(hào)處理的基本方式與圖1所描述的方案相同，探測(cè)器14的位置與圖2相同；但探測(cè)器11的位置與圖1不同。探測(cè)器14檢測(cè)到的信號(hào)的變化將取決于傳感器光柵21和參考光柵9之間光譜的相對(duì)差異。與圖1的方案相比，該信號(hào)由于不須返回耦合器8因而避免了由此所帶來的損耗。
圖4所示的方案，是基于圖1的基礎(chǔ)上增加了閉環(huán)調(diào)制功能，其特點(diǎn)是信號(hào)處理部分增加了包括28-31的閉環(huán)控制單元，來自放大器17的動(dòng)態(tài)輸出信號(hào)和一個(gè)可外部設(shè)定的參考電壓信號(hào)29，產(chǎn)生一個(gè)差別信號(hào)VDC并通過放大器30對(duì)其進(jìn)行放大，放大器30的輸出信號(hào)用來控制光柵驅(qū)動(dòng)器31，光柵驅(qū)動(dòng)器31的信號(hào)驅(qū)動(dòng)光柵9。該方案使得參考光柵的狀態(tài)與傳感器的狀態(tài)保持相對(duì)不變。其結(jié)果是可以大大改善系統(tǒng)的低頻檢測(cè)范圍。VDC通過放大器30對(duì)其進(jìn)行放大，該差別信號(hào)作為信號(hào)處理的低頻輸出，它標(biāo)志著傳感器光柵的絕對(duì)波長(zhǎng)變化，可以用來測(cè)量溫度，應(yīng)變，壓力等低頻傳感量。而VO則適宜高速動(dòng)態(tài)信號(hào)的檢測(cè)，諸如，振動(dòng)，超聲，地震波檢測(cè)等。放大器30的輸出信號(hào)用來控制光柵驅(qū)動(dòng)器31。31可以為加熱裝置，也可以為一機(jī)械伸縮裝置，其功能是通過溫度或應(yīng)變來調(diào)整參考光柵的狀態(tài)，使其跟蹤傳感器光柵的狀態(tài)。在圖4中描述的包括28-31的閉環(huán)控制方法，也同樣適合于在圖2和圖3的信號(hào)檢測(cè)方案中以相同的方式采納。
技術(shù)效果匹配多模光纖布拉格光柵波長(zhǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)性能取決于光源的能量、光柵的反射系數(shù)和光纖傳輸距離等。對(duì)于短距離傳輸系統(tǒng)(1公里以內(nèi))，若使用低功率(50微瓦)、帶有多模光纖尾纖的1310nmLED，和在標(biāo)準(zhǔn)的50/125m漸變型多模光纖上加工的高反射系數(shù)光纖光柵(最大反射峰可達(dá)80％)，而且測(cè)量帶寬在10kHz以內(nèi)，那么靈敏度可以達(dá)到優(yōu)于0.1pm，測(cè)量范圍為0.3nm。當(dāng)對(duì)參考光柵采用閉環(huán)控制時(shí)，波長(zhǎng)測(cè)量范圍可達(dá)5nm。若采用較大功率的光源，如超級(jí)發(fā)光管(SLD)時(shí)，在同樣的靈敏度(0.1pm)和測(cè)量范圍(0.3nm)的情況下，信號(hào)傳輸距離可達(dá)數(shù)公里，測(cè)量帶寬可達(dá)100kHz。
本發(fā)明的多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)的信號(hào)處理方法，可達(dá)到單模光纖光柵傳感器系統(tǒng)的性能，采用的是光學(xué)或光纖無源器件，沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，長(zhǎng)期穩(wěn)定、系統(tǒng)成本比相應(yīng)的單模光纖光柵傳感器系統(tǒng)的成本低。
參考文獻(xiàn)S.M.Melle，K.Liu and R.M.Measures“A passive wavelength demodulation system forguided-wave Bragggrating sensors” IEEE Photonics Technology Letters，4，516-18，1992.R.M.Measures，M.M.Ohn，S.Y.Huang，J.Bigue and N.Y.Fan，“Tunable laser demodulation ofvarious fiber Bragg grating sensing modalities”，Smart Materials and Structures，7，237-247，1998.
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權(quán)利要求
1.纖光柵傳感器系統(tǒng)，其特征在于寬帶光源1發(fā)出的光耦合到多模光纖2和多模光纖耦合器4，然后分配到兩根多模光纖5和6；從光纖5發(fā)出的光經(jīng)光纖連接器19與多模光纖光柵傳感器21相連；透過傳感器21的光和由光纖6傳出的光都在纖維末端采用陷波裝置10和22將其全部損耗掉，使之不再返回原光路；由傳感器21反射回的光經(jīng)多模光纖耦合器4、多模光纖3進(jìn)入多模光纖耦合器8，進(jìn)而分配到參考光柵9和多模光纖13；由參考光柵9反射的信號(hào)經(jīng)耦合器8和多模光纖7傳到光電探測(cè)器11轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；由光纖13傳出的光到達(dá)光電探測(cè)器14并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；12和15分別為用來放大由探測(cè)器11和14轉(zhuǎn)換的光信號(hào)電壓放大器；16為比例放大器，其輸出信號(hào)進(jìn)入比例放大器17再一次放大，由比例放大器17輸出的信號(hào)Vo用光譜儀檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)，其特征在于多模光纖耦合器8分配到參考光柵9的透射光進(jìn)入光電探測(cè)器14并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，而多模光纖13的末端帶有陷波裝置23。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)，其特征在于多模光纖耦合器8分配到參考光柵9的光進(jìn)入光電探測(cè)器14并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，多模光纖13的光進(jìn)入光電探測(cè)器11，而多模光纖7的末端帶有陷波裝置25。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)，其特征在于信號(hào)處理部分增加了包括28-31的閉環(huán)控制單元，來自放大器17的動(dòng)態(tài)輸出信號(hào)和一個(gè)可外部設(shè)定的參考電壓信號(hào)29，產(chǎn)生一個(gè)差別信號(hào)VDC并通過放大器30對(duì)其進(jìn)行放大，放大器30的輸出信號(hào)用來控制光柵驅(qū)動(dòng)器31，光柵驅(qū)動(dòng)器31的信號(hào)驅(qū)動(dòng)光柵9。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)，其特征在于寬帶光源1發(fā)出的光耦合到多模光纖2和多模光纖耦合器4，然后分配到兩根多模光纖5和6；從光纖5發(fā)出的光經(jīng)光纖連接器19與多模光纖光柵傳感器21相連；透過傳感器21的光和由光纖6傳出的光都在纖維末端采用陷波裝置將其全部損耗掉；由傳感器21反射回的光經(jīng)多模光纖耦合器4、多模光纖3進(jìn)入多模光纖耦合器8，進(jìn)而分配到參考光柵9和多模光纖13；由參考光柵9反射的信號(hào)經(jīng)耦合器8和多模光纖7傳到光電探測(cè)器11轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；由光纖13傳出的光到達(dá)光電探測(cè)器14并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；再經(jīng)電壓放大器16和比例放大器17再一次放大，輸出的信號(hào)Vo用光譜儀檢測(cè)。本發(fā)明的多模光纖光柵傳感器系統(tǒng)可達(dá)到單模光纖光柵傳感系統(tǒng)的性能，由于采用了多模發(fā)光管光源，因此系統(tǒng)成本能夠比相應(yīng)的單模光纖光柵傳感器系統(tǒng)大幅度降低。
文檔編號(hào)G02B6/34GK1680838SQ200410075820
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者劉統(tǒng)玉 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院激光研究所