专利名称：利用ase光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置，属光纤 传感技术领域。
背景技术：
根据光纤光栅可以反射特定波长的光这一重要性质，光纤光栅在不同的温度、应 变等条件下会反射不同波长的光，利用光纤光栅的这一性质把光纤光栅作为传感器的温 度、应变等传感系统已经被广泛的应用于生产生活中的诸多领域。在光纤传感系统中，光纤 光栅反射回的波长的值需要通过一定的方法解调，目前常见的解调方法大都依靠光谱仪、 波长计等。由目前的市场价格看，适用于光纤传感系统的光谱仪、波长计价格在几万元到几 十万元不等。光纤传感系统的高价格，在一定程度上限制了光纤传感系统的应用范围和场 所，影响了光纤传感系统的市场推广和进一步发展，如申请专利号为CN200710038145. 0、发 明名称为《光纤光栅高温传感系统》的专利即属于此列。

发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提出了一种利用ASE光源光谱下降 沿解调光纤光栅反射波长的装置，旨在能替代光谱仪、波长计的作用，从而降低光纤传感系 统的成本。本发明的技术方案如下一种利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置，包括ASE光源、分束 器、光强传感器a、光强传感器b、3dB耦合器、FBG、A/D转换装置和计算机，其特征在于ASE 光源位于分束器之前，通过分束器将ASE光源发出的光分为两束；分束器后面放置光强传 感器a和3dB耦合器，分别传输由分束器所分的两束光；3dB耦合器经光导纤维分别和光强 传感器b和FBG相连接，使得入射到FBG的光经其反射回来又入射到光强传感器b上；光强 传感器a、b将各自所接收的两路分束光转换成电信号，其输出端各自连接A/D转换装置后 分别经导线电连接到计算机上，将输出的电信号通过计算机进行数据计算处理。所述的ASE光源是指放大自发辐射光源。光源主体部分是增益介质掺铒光纤和高 性能的泵浦激光器。所述的FBG是Fiber Bragg Grating的缩写，即光纤布拉格光栅。ASE光源的波长范围较宽，光谱形状、功率较为稳定，被广泛的用作光纤传感系统 的光源。利用ASE光源的光谱在下降沿(波长从1558nm到1565nm之间)，光源在某一波长 处的功率随波长增大而逐渐降低的关系，我们可以根据光纤光栅反射回的光的功率变化， 间接地反映出光纤光栅反射光中心波长的变化。而根据反射光的功率变化范围，我们可以 间接反映出光纤光栅中心波长的变化范围。具体的说，ASE光源光谱形状、功率较为稳定。搭建一个由ASE光源、光栅光纤、光 强传感器、计算机处理和显示系统组成的小型光纤传感系统。ASE光源发出的宽谱光经过分束器分为两束，一束直接射入光强传感器，另一束经耦合器射入光纤光栅，光纤光栅可以反 射特定的波长，光纤光栅发射回的光经耦合器射入另一光强传感器。用于本系统的光强传 感器均与计算机相连，并且，光强传感器的光强信息可以通过计算机实时采集和处理。把该解调方法用于光纤温度传感系统中，在系统安装之前，我们将光纤光栅放在 恒温箱内，确定报警温度时光纤光栅反射回的中心波长功率与ASE光源功率的比值。由ASE 光源的光谱特征和光纤光栅随温度变化的特征可知，当温度升高时，光栅光纤的中心波长 会向波长增长方向漂移，从而中心波长光的光强与ASE光源的光强比会下降。我们将该系 统安装在被监测物体上，根据光强传感器的实时数据，可以绘制出光强比的实时数据曲线 图，当光强比低于我们预设的报警光强比时，这时报警器报警。把该解调方法用于光纤应变传感系统，在系统安装前，我们根据所测物体所能承 受的最大应力变化，确定波长的漂移范围，从而确定光纤光栅发射回来的波长功率与ASE 光源功率的比值范围。我们将该系统安装在被监测物体上，根据光传感器的实时数据，可以 绘制出光强比的实时数据曲线图。设置一个比较高速的计算机数据采样频率，这样就能把 应变的实时状况通过实时数据曲线图显示出来。当实时数据曲线图中光强比的范围，超出 了我们在系统搭建之间确定的最大变化范围时，这表示被测物体受到了超出其承受范围的 应变。这时需要我们检查被监测物体，排除安全隐患。利用上述装置、通过光纤光栅反射波长解调进行温度和应变测量，具体步骤如 下①将装置连接好，ASE光经分束器入射到光强传感器a，光强传感器a将接收到的 光强信号转变为电信号，以电流信号的形式输出；电流信号经A/D转换装置输入计算机，借 助相关软件程序，在计算机上得到光强信号对应的数字电流信号大小为I1 ；ASE光经分束器 射入FBG，经FBG反射的特定波长的光射入到光强传感器b，经光强传感器、A/D转换装置， 借助相关软件程序，在计算机上读出该路光的数字电流信号大小为I2 ；I” I2均由计算机实 时读取，实时变化；②当该装置被用来监测温度信息时，在系统安装之前，我们将FBG放在恒温箱内， 确定报警温度时I2与I1的比值，定为(I2A1) _ ；由ASE光源的光谱特征和FBG随温度变 化的特征可知，当温度升高时，FBG的中心波长会向波长增长方向漂移，从而I2与I1的比值 会下降；报警温度时所对应的12/1”即I2A1的允许最小值；我们将该系统安装在被监测物 体上，根据计算机从光强传感器获取的实时数据，绘制出I2A1的实时数据曲线图，当I2A1 低于我们预设的报警光强比(I2A1) s 时，这时报警器报警；当该装置被用来监测应变信息时，在系统安装前，我们根据所测物体所能承受的 最大应力变化，确定波长的漂移范围，从而确定FBG发射回来的波长功率与ASE光源功率的 比值范围，将光信号转换为电信号后，确定I2A1的最大值(I2A1) #、最小值(I2A1) ；我 们将该系统安装在被监测物体上，根据光强传感器a、b的实时数据，转变为电信号后，绘制 出电流信号比I2A1的实时数据曲线图；设置一个比较高速的计算机数据采样频率，这样就 能把应变的实时状况通过实时数据曲线图显示出来；当实时数据曲线图中光强比12/1”小 于(I2A1)最小或者大于(I2A1) *大时，这表示被测物体受到了超出其承受范围的应变；这时 需要我们检查被监测物体，排除安全隐患；③当系统被用来实时监测时，通过相关软件程序，计算机根据光强传感器a和光强传感器b送进来的电流信号I1和I2，建立一个I2A1随时间t的实时数据曲线图；数字电 流信号I1和I2的数值大小由计算机实时采集，采集的频率由计算机程序确定，当计算机采 集到某一时刻的I1和I2的值时，计算机会同时计算I2A1的大小，将I2A1的值在实时数据 曲线图上标定出来，并且将这个值与报警I2A1比较，如果采集到的I2A1符合步骤②中所述 的报警条件时，系统发出报警信息。由于ASE光源的光谱形状功率具有一定的稳定性，当我们设置不同的计算机采 样、处理频率时，该种方法可以广泛的用来检测温度、应变等。本发明的有益效果可根据对上述技术的具体叙述得知，包含光谱仪、波长计等解 调模块的光纤传感系统价格在几万元到几十万元不等，价格较高使光纤传感系统的市场受 到一定的限制。而采用了利用ASE光源光谱下降沿部分解调的新型光纤传感系统使传感系 统的价格得到大幅度的下降。这种小型系统可以广泛的应用于生产生活的诸多领域，例如 局部温度检测、局部应变检测等，为保障工业安全生产、日常生活安全发挥着重要的作用。


图1是本发明装置的结构示意图。其中1，ASE光源、2，分束器、3，3dB耦合器、4，FBG、5，光强传感器a、6，光强传感器 b、7，计算机、8、光导纤维，9、A/D转换装置，10、A/D转换装置。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但不限于此。实施例1 如图1所示，包括ASE光源1、分束器2、光强传感器a5、光强传感器b5、3dB耦合 器3、FBG4、A/D转换装置9、10和计算机7，其特征在于ASE光源1位于分束器2之前，通过 分束器2将ASE光源1发出的光分为两束；分束器2后面放置光强传感器a5和3dB耦合器 3，分别传输由分束器2所分的两束光；3dB耦合器3经光导纤维8分别和光强传感器b6和 FBG4相连接，使得入射到FBG4的光经其反射回来又入射到光强传感器b6上；光强传感器 a5、b6将各自所接收的两路分束光转换成电信号，其输出端各自连接A/D转换装置9、10后 分别经导线电连接到计算机7上，将输出的电信号通过计算机进行数据计算处理。实施例2 利用上述装置、通过光纤光栅反射波长解调进行温度和应变测量，具体步骤如 下①将装置连接好，ASE光经分束器入射到光强传感器a，光强传感器a将接收到的 光强信号转变为电信号，以电流信号的形式输出；电流信号经A/D转换装置输入计算机，借 助相关软件程序，在计算机上得到光强信号对应的数字电流信号大小为I1 ；ASE光经分束器 射入FBG，经FBG反射的特定波长的光射入到光强传感器b，经光强传感器、A/D转换装置， 借助相关软件程序，在计算机上读出该路光的数字电流信号大小为I2 ；I” I2均由计算机实 时读取，实时变化；②当该装置被用来监测温度信息时，在系统安装之前，我们将FBG放在恒温箱内， 确定报警温度时I2与I1的比值，定为(I2A1) _ ；由ASE光源的光谱特征和FBG随温度变
5化的特征可知，当温度升高时，FBG的中心波长会向波长增长方向漂移，从而I2与I1的比值 会下降；报警温度时所对应的12/1”即I2A1的允许最小值；我们将该系统安装在被监测物 体上，根据计算机从光强传感器获取的实时数据，绘制出I2A1的实时数据曲线图，当I2A1 低于我们预设的报警光强比(I2A1) s 时，这时报警器报警；当该装置被用来监测应变信息时，在系统安装前，我们根据所测物体所能承受的 最大应力变化，确定波长的漂移范围，从而确定FBG发射回来的波长功率与ASE光源功率的 比值范围，将光信号转换为电信号后，确定I2A1的最大值(I2A1) #、最小值(I2A1) ；我 们将该系统安装在被监测物体上，根据光强传感器a、b的实时数据，转变为电信号后，绘制 出电流信号比I2A1的实时数据曲线图；设置一个比较高速的计算机数据采样频率，这样就 能把应变的实时状况通过实时数据曲线图显示出来；当实时数据曲线图中光强比12/1”小 于(I2A1)最小或者大于(I2A1) *大时，这表示被测物体受到了超出其承受范围的应变；这时 需要我们检查被监测物体，排除安全隐患。③当系统被用来实时监测时，通过相关软件程序，计算机根据光强传感器a和光 强传感器b送进来的电流信号I1和I2，建立一个I2A1随时间t的实时数据曲线图；数字电 流信号I1和I2的数值大小由计算机实时采集，采集的频率由计算机程序确定，当计算机采 集到某一时刻的I1和I2的值时，计算机会同时计算I2A1的大小，将I2A1的值在实时数据 曲线图上标定出来，并且将这个值与报警I2A1比较，如果采集到的I2A1符合步骤②中所述 的报警条件时，系统发出报警信息。
权利要求
一种利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置，包括ASE光源、分束器、光强传感器a、光强传感器b、3dB耦合器、FBG、A/D转换装置和计算机，其特征在于ASE光源位于分束器之前，通过分束器将ASE光源发出的光分为两束；分束器后面放置光强传感器a和3dB耦合器，分别传输由分束器所分的两束光；3dB耦合器经光导纤维分别和光强传感器b和FBG相连接，使得入射到FBG的光经其反射回来又入射到光强传感器b上；光强传感器a、b将各自所接收的两路分束光转换成电信号，其输出端各自连接A/D转换装置后分别经导线电连接到计算机上，将输出的电信号通过计算机进行数据计算处理。
2.如权利要求1所述的一种利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置， 通过该装置能够用于进行温度和应变测量。
全文摘要
利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置，属光纤传感技术领域。装置包括ASE光源、分束器、光强传感器a、光强传感器b、3dB耦合器、FBG和计算机，其特征在于ASE光源位于分束器之前；分束器后面放置光强传感器a和3dB耦合器；3dB耦合器经光导纤维分别和光强传感器b和FBG相连接；光强传感器a、b将各自所接收的两路分束光转换成电信号，其输出端各自连接A/D转换装置后分别经导线电连接到计算机上，将输出的电信号通过计算机进行数据计算处理。本发明装置成本低，检测方法方便简单且实用，可以广泛的应用于生产生活的诸多领域，例如局部温度检测、局部应变检测等。
文档编号G01D5/26GK101915593SQ201010228498
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者公培军, 孔德龙, 宋复俊, 常军, 张燕, 王伟杰, 王宗良 申请人:山东大学