專利名稱：一種光纖光柵傳感裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種大容量低成本的光纖光柵傳感系統(tǒng)。
背景技術：
光纖光柵傳感器是利用光纖纖芯材料的光敏特性，通過紫外光照射在纖芯形成折射率成周期分布的結構，在滿足相位匹配的條件下，共振波長模式之間發(fā)生耦合從而產生波長選擇性。光纖光柵的共振波長受溫度和應變等外部環(huán)境的影響，因此它可以作為傳感器通過波長變化感知外部環(huán)境參數(shù)變化，實現(xiàn)各種參數(shù)的測量。除了具有普通光纖傳感器具有的重量輕、不受電磁干擾、靈敏度高、抗腐蝕等優(yōu)點外，它還具有容易組網測量、大容量復用、波長解調等特點。光纖光柵復用技術是構建光纖傳感網絡的基礎，常見的光纖光柵復用技術有波分復用(WDM)、時分復用(TDM)、空分復用(SDM)以及它們的混合復用技術。目前這些復用技術存在構成傳感系統(tǒng)的成本相對較高，系統(tǒng)容量有限，操作不方便等問題。光纖傳感技術今后發(fā)展方向是低成本、高性能、大容量和網絡化，因此增加系統(tǒng)復用傳感器容量和降低光纖傳感系統(tǒng)成本具有重大意義。波分復用各傳感器占用一定的光譜范圍，工作波長互不重疊，傳感器的識別是根據波長范圍來判斷。波分復用技術復用的傳感器數(shù)量由測量點的動態(tài)范圍和光源帶寬決定，常見的寬帶光源帶寬為4(T60nm，有限的光源帶寬限制傳感器的數(shù)量，通常單個光纖上能實現(xiàn)15 20個傳感器的復用。優(yōu)點傳感器信噪比高；缺點復用數(shù)量較少，傳感器動態(tài)范圍小，成本較高。時分復用此技術采用脈沖光源，各傳感器工作在相同的波長范圍，傳感器的識別是依靠反射回信號的時間間隔。只需一個掩模板制作相同周期的低反射率光柵，傳感器反射信號微弱。傳感器數(shù)量不受光源帶寬限制，每個傳感器均可使用整個光源帶寬。由于各傳感器波長相同，因此會對其余傳感器的信號部分反射而產生信號衰減，傳感器越多，光信號衰減也越快。優(yōu)點成本較低，復用容量大，傳感器動態(tài)范圍大；缺點傳感器信噪比低?？辗謴陀眯枰忾_關切換通道，實現(xiàn)不同傳感器陣列選擇，由于光開關存在插入損耗，空分復用級聯(lián)層次越多插入損耗越大，通道間的尋址時越長，系統(tǒng)配置復雜。優(yōu)點信噪比較高；缺點系統(tǒng)復雜，成本較高。目前光纖光柵傳感系統(tǒng)主要以波分復用技術為主，最具代表性的是MicronOptics公司的光纖光柵傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用波分復用技術與可調諧激光光源實現(xiàn)多通道的同時掃描，由于采用波分復用技術，每個通道傳感器的數(shù)量和動態(tài)范圍受光源帶寬限制，在大容量光纖傳感應用場合，需要多臺系統(tǒng)同時工作或者采用光開關實現(xiàn)通道擴展，這種增加容量的方法導致傳感系統(tǒng)過于復雜和昂貴。因此，結合各種復用技術的優(yōu)點，構造具備系統(tǒng)結構簡單、性能可靠、復用容量大的光纖傳感系統(tǒng)是降低系統(tǒng)成本，推廣光纖傳感技術在各領域應用的關鍵。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種低成本和大容量的光纖光柵傳感器的復用裝置，解決當前光纖光柵傳感系統(tǒng)成本較高，容量較小的問題。本實用新型實施例之一的一種光纖光柵傳感裝置包括一脈沖信號發(fā)生器、一波長測量模塊、一耦合器、若干光纖、一延時光纖及一傳感陣列，且該光纖光柵傳感裝置進一步包括一反射型半導體光放大器RS0A，所述傳感器陣列由多個中心波長相同的低反射率傳感器串聯(lián)而成，各傳感器之間間距2-5米。本實用新型實施例之二的一種光纖光柵傳感裝置，包括一脈沖信號發(fā)生器、一波長測量模塊、一耦合器、若干延時光纖及一傳感陣列，且該光纖光柵傳感裝置進一步包括一反射型半導體光放大器RSOA及一陣列波導光柵AWG，該陣列波導光柵AWG連接在延時光纖與傳感器陣列之間，該傳感器陣列由m組傳感器組并聯(lián)在所述陣列波導光柵AWG而成，每組傳感器內部均由η個中心波長相同的低反射率傳感器串聯(lián)而成。本實用新型實施例之三的一種光纖光柵傳感裝置，包括一脈沖信號發(fā)生器、一波長測量模塊、一耦合器、若干光纖、若干延時光纖及一傳感陣列，且該光纖光柵傳感裝置進一步包括一反射型半導體光放大器RS0A，所述傳感器陣列由m組傳感器組串聯(lián)而成，每組傳感器組之間用延時光纖連接，且每組傳感器內部由η個中心波長不同的低反射率傳感器串聯(lián)而成。本實用新型一種光纖光柵傳感裝置通過不同頻率的脈沖信號驅動反射型半導體光放大器RSOA與不同傳感器構成共振腔，實現(xiàn)不同傳感信號的讀取。它采用分時訪問傳感器的方式，解決了傳統(tǒng)光纖光柵波分復用技術傳感器數(shù)量受光源帶寬限制的問題，由于采用共振腔技術，微弱的傳感信號能夠在腔內放大，因此也解決了傳統(tǒng)時分復用技術傳感信號信噪比較低問題。結合時分復用與波分復用的混合復用技術，將傳感器進行分組，以并聯(lián)、串聯(lián)相互搭配的方式訪問傳感器組，大大增加了系統(tǒng)對于傳感器的復用容量。

圖1為本實用新型一種光纖光柵傳感裝置的第一實施例的結構示意圖。圖2為本實用新型一種光纖光柵傳感裝置的第一實施例的基本工作原理圖。圖3為本實用新型一種光纖光柵傳感裝置的第二實施例的結構示意圖。圖4為本實用新型一種光纖光柵傳感裝置的第三實施例的結構示意圖。圖5為本實用新型一種光纖光柵傳感裝置的第四實施例的結構示意圖。
具體實施方式
為詳細說明本實用新型的技術內容、構造特征、所達成目的及效果，以下茲例舉實施例并配合附圖詳予說明。
具體實施方式
一本實用新型一種光纖光柵傳感裝置包括一反射型半導體光放大器RS0A1、一脈沖信號發(fā)生器2、一波長測量模塊3、一稱 合器4、若干光纖、延時光纖6及一傳感陣列7。請參閱圖1及圖2，本實用新型一種光纖光柵傳感裝置的實施方式步驟如下一、利用可編程脈沖信號發(fā)生器2產生一個脈寬和周期可調的脈沖信號驅動反射型半導體光放大器RS0A1,反射型半導體光放大器RSOAl在脈沖信號驅動下發(fā)出頻率、脈寬與脈沖信號對應的寬帶光脈沖，光脈沖信號經過延時光纖6后進入傳感器陣列7,所述傳感器的反射率為1%_5% ；二、所述傳感器陣列7由多個中心波長相同的低反射率傳感器串聯(lián)而成，各傳感器之間間距為2-5米，且傳感器與傳感器之間用光纖連接；三、所述寬帶光脈沖在光纖中傳播，當遇到傳感器時部分信號被反射，被各傳感器反射的信號依次到達反射型半導體光放大器RS0A1，設置脈沖信號的周期與光信號在其中一傳感器和反射型半導體光放大器RSOAl之間往返時間相等時，該傳感器信號能進入反射型半導體光放大器ROSAl并被放大，其它傳感器的信號則無法進入反射型半導體光放大器RSOAl ；四、進入反射型半導體光放大器RSOAl的傳感信號被放大后，經過耦合器4部分信號進入波長測量模塊3，實現(xiàn)被選擇傳感器傳感信號的測量。反射型半導體光放大器RSOAl的控制輸入端與脈沖信號發(fā)生器2的輸出端連接；反射型半導體光放大器RSOAl的光纖輸入/輸出端與稱合器4的輸入端相連。所述稱合器4為輸出端為10:90分光比的耦合器，所述耦合器4分光比10%的端口與波長測量模塊3連接，分光比90%的端口與延時光纖6的一端連接。所述延時光纖6的另外一端與傳感器陣列7的第一個傳感器連接。所述波長測量模塊采用基于CCD技術的光譜測量模塊，或者基于邊緣濾波技術的波長測量計。所述脈沖信號發(fā)生器2為采用FPGA可編程器件實現(xiàn)的脈寬和周期可調的模塊。請參閱圖2，本實用新型的基本工作原理如下脈沖信號發(fā)生器2產生一個頻率可調的脈沖信號，當?shù)谝粋€脈沖施加到反射型半導體光放大器RSOAl時，反射型半導體光放大器RSOAl由于自激福射( ASE)發(fā)出一個寬帶光脈沖沿傳感器陣列方向傳播，當寬帶光脈沖遇到各傳感器時，部分光功率被反射，各傳感器反射的光脈沖信號的波長對應該傳感器的波長，被反射的傳感信號依次到達反射型半導體光放大器RS0A1，其中，光信號到達傳感器SpS2、S3、……Sn的時間分別為I\、T2、T3、……Tn。當脈沖信號發(fā)生器2的周期與光脈沖信號在反射型半導體光放大器RSOAl和傳感器S1之間往返相等時，即脈沖發(fā)生器周期T=2 \時，則被傳感器S1反射的光信號到達反射型半導體光放大器RSOAl時，反射型半導體光放大器RSOAl處于導通狀態(tài)，且傳感信號λ i能進入反射型半導體光放大器RSOAl被放大和反射已再次向傳感器陣列方向傳播。此時反射型半導體光放大器RSOAl發(fā)出的光脈沖信號是由自激輻射(ASE)產生的寬帶光脈沖和被放大的傳感器信號A1疊加而成。重復以上過程，由于本實用新型光纖光柵傳感裝置采用能對輸入光信號放大ISdB的反射型半導體光放大器RSOAl作為光源和光開關選通器件，傳感信號λ i多次進入反射型半導體光放大器RSOAl被逐次放大至反射型半導體光放大器RSOAl的飽和輸出，經過耦合器4部分傳感信號進入光纖光柵波長解調模塊，實現(xiàn)傳感器波長的測量。傳感器S1和S2之間用光纖連接，光脈沖在二者之間的傳播時間為Tsi,反射信號λ P λ2的時間差為2TS1。為了將傳感器信號λ” λ2分開，則脈沖信號的寬度滿足TW〈2TS1。其它傳感器反射的信號到達反射型半導體光放大器RSOAl時，由于脈沖信號周期與傳感器往返時間不相等，此時反射型半導體光放大器RSOAl處于關閉狀態(tài)，傳感送出的光脈沖信號被吸收，所以實現(xiàn)了傳感器SI的訪問，進而可以得出光脈沖信號在傳感器Sn、S12、S13、......Sln與反射型半導體光放大器RSOAl
之間往返時間分別為
權利要求1.一種光纖光柵傳感裝置，包括一脈沖信號發(fā)生器、一波長測量模塊、一稱合器、若干光纖、一延時光纖及一傳感陣列，其特征在于該光纖光柵傳感裝置進一步包括一反射型半導體光放大器RSOA，所述傳感器陣列由多個中心波長相同的低反射率傳感器串聯(lián)而成，各傳感器之間間距2-5米。
2.一種光纖光柵傳感裝置，包括一脈沖信號發(fā)生器、一波長測量模塊、一稱合器、若干延時光纖及一傳感陣列，其特征在于該光纖光柵傳感裝置進一步包括一反射型半導體光放大器RSOA及一陣列波導光柵AWG，該陣列波導光柵AWG連接在延時光纖與傳感器陣列之間，該傳感器陣列由m組傳感器組并聯(lián)在所述陣列波導光柵AWG而成，每組傳感器內部均由η個中心波長相同的低反射率傳感器串聯(lián)而成。
3.根據權利要求2所述的光纖光柵傳感裝置，其特征在于所述各傳感器組之間的中心波長不同。
4.一種光纖光柵傳感裝置，包括一脈沖信號發(fā)生器、一波長測量模塊、一稱合器、若干光纖、若干延時光纖及一傳感陣列，其特征在于該光纖光柵傳感裝置進一步包括一反射型半導體光放大器RS0A，所述傳感器陣列由m組傳感器組串聯(lián)而成，每組傳感器組之間用延時光纖連接，且每組傳感器內部由η個中心波長不同的低反射率傳感器串聯(lián)而成。
5.根據權利要求1、2、4中任意一項所述的光纖光柵傳感裝置，其特征在于所述耦合器為輸出端為10:90分光比的I禹合器。
6.根據權利要求1、2、4中任意一項所述的光纖光柵傳感裝置，其特征在于所述耦合器10%的分光端口與波長測量模塊相連,分光比90%的端口與延時光纖環(huán)的一端連接。
7.根據權利要求1、2、4中任意一項所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于采用能對輸入光脈沖信號放大18dB的反射型半導體光放大器RS0A。
8.根據權利要求1、2、4任意一項所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于波長測量模塊采用基于CCD技術的光譜測量模塊，或者基于邊緣濾波技術的波長測量計。
9.根據權利要求1、2、4任意一項所述的一種光纖光柵傳感裝置，其特征在于脈沖信號發(fā)生器為采用FPGA可編程器件實現(xiàn)的脈寬和周期可調的模塊，脈沖最小寬度可達10納秒。
10.根據權利要求1、2、4中任意一項所述的光纖光柵傳感裝置，其特征在于所述傳感器的反射率為1%_5%。
專利摘要本實用新型提供一種大容量的光纖光柵傳感裝置，光纖光柵傳感裝置該包括一脈沖信號發(fā)生器、一波長測量模塊、一耦合器、若干光纖、一延時光纖及一傳感陣列。且該光纖光柵傳感裝置進一步包括一反射型半導體光放大器RSOA，所述傳感器陣列由多個中心波長相同的低反射率傳感器串聯(lián)而成，各傳感器之間間距2-5米。本實用新型提供光纖光柵傳感裝置之一因結合時分復用與波分復用的混合復用技術，將傳感器進行分組，以并聯(lián)、串聯(lián)相互搭配的方式訪問傳感器組，大大增加了系統(tǒng)對于傳感器的復用容量。
文檔編號G01D5/36GK202903210SQ20122051616
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權日2012年10月9日
發(fā)明者代勇波, 苗強 申請人:成都阜特科技股份有限公司