专利名称：一种等光程光纤布拉格光栅压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感器测量技术领域，具体涉及一种利用布拉格衍射原理测量冲 击压力的传感器。
背景技术：
在冲击波物理、爆轰物理、动高压物理和高能量密度物理等领域内，GPa量级的冲 击压力作为研究材料动力学性质的关键参数之一，常常需要被精确测量。以布拉格衍射原 理发展起来的光纤布拉格光栅压力传感器相对于传统电学压力传感器具有制作简单、结构 小巧、响应时间快和抗电磁干扰能力强等优点，可适用于冲击压力的测量。文献〈用光纤布拉格光栅压力传感器测量炸药中的冲击压力>(Van’t Hof P. G.， Cheng L. K.， Schopltes J. H. G.， et al.， Dynamic Pressure Measurement of Shock Waves in Explosives by Means of a Fiber Bragg Grating Sensor, 27th International congress on high-speed photography and photonics, Xi ^an China, September 17 22， 2006[C].)报道了采用光纤Mach-Zehnder光路结构的光纤布拉格光栅压力传感器测量炸 药中的冲击压力，所测压力峰值小于1 GPa，压力传感器的响应时间约为100 Hs。由于必须 满足光纤布拉格光栅反射光的相干长度必须大于光纤Mach-Zehnder光路结构中的光程差 这一相干条件，从而造成该传感器存在以下不足光纤布拉格光栅的栅区长度不能很短，光 纤布拉格光栅反射光的相干长度与光纤布拉格光栅的栅区长度成正比，不能有效地提高该 传感器的响应时间，对于快响应光电探测器而言，压力传感器的响应时间主要与栅区长度 成反比。

发明内容
为了解决已有光纤布拉格光栅压力传感器采用光纤Mach-Zehnder光路结构测量 GPa量级冲击压力的时间响应慢问题，本发明提供一种等光程光纤布拉格光栅压力传感器。本发明的等光程光纤布拉格光栅压力传感器，含有ASE (Amplified Spontaneous Emission)宽光谱光源、光循环器、光纤布拉格光栅、3X3光耦合器、2X2光耦合器、延迟单 模光纤、光纤耦合反射镜、光电探测器。所述的传感器中的ASE宽光谱光源与光循环器的A 端相连接，光循环器的B端与光纤布拉格光栅相连接，光循环器的C端与3X3光耦合器的 E端连接，3 X 3光耦合器的D端、F端分别与光电探测器、光电探测器相连接，3 X 3光耦合器 的G端、I端分别与2X2光耦合器的J端、K端相连接，在传输节点G、H之间通过延迟单模 光纤相连接，2 X 2光耦合器的L端与光纤耦合反射镜的N端相连接。在本发明中，光循环器的三个接口按一定顺序与ASE宽光谱光源、光纤布拉格光 栅和3 X 3光耦合器连接。3 X 3光耦合器一端的两个接口与两个光电探测器相连接，剩下的 一个接口被闲置。3 X 3光耦合器另一端的两个接口与2 X 2光耦合器一端的两个接口连接， 剩下的一个接口被闲置。2X2光耦合器另一端的一个接口与光纤耦合反射镜端相连接，剩 下的一个接口被闲置。ASE宽光谱光源辐射出的光束，经光循环器后，进入光纤布拉格光栅，被光纤布拉格光栅反射回来的小部分光再次经过光循环器，沿3X3光耦合器、2X2光耦合 器传输，被一个光纤耦合反射镜反射后按原路返回，再次经过2X2光耦合器、3X3光耦合 器，进入两个光电探测器，被转换成两路电信号。在本发明中，ASE宽光谱光源的线宽约为40 nm，延迟单模光纤的长度可在亚毫米 米量级范围内调节；光纤布拉格光栅的栅区长度可在50 μπΓ20 mm范围内选择；2X2光 耦合器、3X3光耦合器按功率均分光。在本发明的压力传感器中，光路结构具有对称“往返”特点，达到每个光电探测器 的光信号都为四路光束的叠加，其中，两路光程差为零的两束光进行相干叠加；剩下的任何 两束之间都为非相干叠加。在本发明的压力传感器中，参与相干叠加的两路信号之间的光程差为零，任何栅 区长度的光纤布拉格光栅反射光的相干长度都大于光路结构中的光程差。因此，本发明的 压力传感器可选择很短栅区长度的光纤布拉格光栅，可大幅度地提高压力传感器的响应时 间，从而解决了已有的光纤布拉格光栅压力传感器的时间响应慢问题。本发明的压力传感器相对已有压力传感器而言，可将其响应时间从100 ns量级提 高到10 ns量级，甚至ns量级，能满足冲击波物理、爆轰物理、动高压物理和高能量密度物 理等领域内测量快冲击压力的需求。


图1本发明的压力传感器的结构示意图
图中1.宽光谱光源2.光循环器 3.光纤布拉格光栅 4. 3X3光耦合器5.延 迟单模光纤6. 2X2光耦合器 7.光纤耦合反射镜 8.光电探测器 9.光电探测 器
A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N 表示光路传输的节点。
具体实施例方式下面参照附图对本发明作进一步的详细描述。图1为本发明的等光程光纤布拉格光栅压力传感器。本发明的压力传感器含有 ASE宽光谱光源1、光循环器2、光纤布拉格光栅3、3X3光耦合器4、延迟单模光纤5、2X2 光耦合器6、光纤耦合反射镜7、光电探测器8和光电探测器9。其连接关系是，ASE宽光谱 光源1与光循环器2的A端相连接，光循环器2的B端与光纤布拉格光栅3相连接，光循环 器2的C端与3 X 3光耦合器4的E端连接，3 X 3光耦合器4的D端、F端分别与光电探测 器8、光电探测器9相连接。3X3光耦合器4的G端、I端分别与2X2光耦合器6的J端、 K端相连接。在传输节点G、H之间插入了一根延迟单模光纤5，引入所需的光程差。2X2 光耦合器6的L端与光纤耦合反射镜7的N端相连接。其中3 X 3光耦合器4的H端、2 X 2 光耦合器6的M端被闲置。本发明中，光纤元器件与单模光纤、单模光纤与单模光纤之间通过法兰盘插接相 连接。本发明中，ASE宽光谱光源1发射出的光束，从A端进入光循环器2，从B端离开， 进入光纤布拉格光栅3，满足布拉格衍射条件的小部分光被反射回来，剩余部分被透射掉。
权利要求
一种等光程光纤布拉格光栅压力传感器，其特征在于所述的传感器中的ASE宽光谱光源(1)与光循环器(2)的A端相连接，光循环器(2)的B端与光纤布拉格光栅(3)相连接，光循环器(2)的C端与3×3光耦合器(4)的E端连接，3×3光耦合器(4)的D端、F端分别与光电探测器(8)、光电探测器(9)相连接，3×3光耦合器(4)的G端、I端分别与2×2光耦合器(6)的J端、K端相连接，在传输节点G、H之间通过延迟单模光纤(5)相连接，2×2光耦合器(6)的L端与光纤耦合反射镜(7)的N端相连接。
2.根据权利要求1所述的等光程光纤布拉格光栅压力传感器，其特征在于所述的延 迟单模光纤(5)的长度为亚毫米 米量级；光纤布拉格光栅的栅区长度为50 μπΓ20 mm。
全文摘要
本发明公开了一种等光程光纤布拉格光栅压力传感器。该传感器的ASE宽光谱光源辐射出的光束经光循环器后进入光纤布拉格光栅，满足布拉格衍射条件的光束被光纤布拉格光栅反射回来，经过3×3光耦合器、2×2光耦合器后，被一个光纤耦合反射镜反射，按原路返回，再次经过2×2光耦合器、3×3光耦合器，进入两个光电探测器。达到每个光电探测器的光信号都为四路光束的叠加，其中，两路光程差为零的光束进行相干叠加，剩下的任何两束之间都为非相干叠加。根据这两个光电探测器的输出信号，就可得到冲击压力。本发明的等光程光纤布拉格光栅压力传感器具有时间响应快的优点。
文档编号G01L11/02GK101968391SQ20101029477
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者刘俊, 刘寿先, 彭其先, 蒙建华, 邓向阳, 陈光华 申请人:中国工程物理研究院流体物理研究所