专利名称:一种信号增强型光纤布拉格光栅传感器波长解调系统的制作方法
技术领域:
本发明涉及光纤传感领域,尤其涉及一种信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)波长解调系统。
背景技术:
光纤布拉格光栅(FBG)传感器广泛应用于能源、交通、建筑等工程领域,具有普通电子传感器无法替代的抗电磁干扰、检测距离远、安全可靠等优点。光纤布拉格光栅(FBG) 传感器是利用光栅的反射信号中心波长随着温度、应力等环境因素改变的特性来检测受测目标的物理变化。通常的波长解调系统有扫描可调激光器方案和扫描窄带滤波器方案。在扫描可调激光器方案中,一般采用同步采样激光器和传感器输出信号,利用峰值探测方法实现中心波长信号的解调。该方案中高速可调激光器非常昂贵,不便于大量的使用。在扫描窄带滤波器方案中,一般将宽带光源产生的光信号通过环形器接入光纤布拉格光栅(FBG) 传感器的光纤,从光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射的光信号通过环形器耦合至基于可调窄带滤波器的波长检测装置。该系统中宽带光源和环形器都是价格昂贵的光器件,并且随着传感器级联数量增加,部署距离加长之后,从光纤布拉格光栅(FBG)反射的光信号强度过低导致信号无法检测或者需要灵敏度极高、价格昂贵的光电探测器以及复杂检测电路设计。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调系统,该系统包括光源部分,信号检测部分和控制电路部分。该系统无需在普通波长解调系统中必需的专用宽带光源和环形器,并且能够放大光纤布拉格光栅(FBG)反射的光信号,提高检测灵敏度,增加系统传感器级联数量,并大大提高探测距离。作为可选的技术方案,所述光源部分包含泵浦激光器、光波长复用器、掺铒光纤、 增益平坦滤波器、光隔离器、2x2光能量分配器和光电探测器(PD)。所述光波长复用器为 980nm泵浦激光与C波段光耦合器,可将980nm波长的光与C波段的光耦合或者分离。所述泵浦激光器产生980nm波长的激光通过所述波长复用器输入增益介质掺铒光纤,掺铒光纤产生放大的白发辐射(ASE)光谱通过2x2光能量分配器的输出端输出至外部光纤布拉格光栅(TOG)传感器。从外部光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射回来的峰值波长光信号反方向经过掺铒光纤得到放大。作为可选的技术方案,所述光电探测器(PD)可分别检测输出光强和反射光强,用于光源稳定控制和激光安全告警。作为可选的技术方案,所述信号检测部分由光功率分配器、可调光滤波器、波长参考法布里-珀罗标准具(F-P Kalon)、光电探测器(PD)组成。光谱信号接入可调光滤波器,输出光经过光功率分配器分为两路检测光强,一路直接进入光电探测器(PD),另一路经过波长参考法布里-珀罗标准具(F-P Etalon)进入光电探测器(PD)。在可调滤波器扫描波长的同时,在两路光电探测器(PD)上同时采用可获得光纤布拉格光栅(FBG)信号和参考波长的时序信号,然后控制电路部分可通过参考波长根据一定的算法来恢复光纤布拉格光栅(FBG)波长峰值信号。做为可选的技术方案,控制电路部分具体为软硬件平台,可支持光源部分的泵浦激光器驱动,输出和反射光强监控,激光安全告警,可调滤波器驱动,和光纤布拉格光栅 (FBG)信号和参考波长信号采集和模数转换,波长恢复算法等。本发明的优点在于通过特殊光源部分设计,可使从光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射回来的光信号经过光源部分的增益介质得到放大,提高信号检测的灵敏度,降低探测器硬件性能和检测电路设计要求,并且这一设计中,无需再使用价格昂贵宽带激光源和环形器,降低系统成本。
附图1所示是本发明的具体实施方式
的系统结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图1对本发明提供的信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调系统的具体实施方式
做详细说明。附图1所示是本具体实施方式
所述的信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调系统的结构示意图,包括光源部分,信号检测部分,控制电路部分,后文将对个部分详细叙述。光源部分具体实施方式
例如光源部分包括泵浦激光器(LD) 11、波长复用器一 (WDMl) 12、掺铒光纤一(EDFl) 13、波长复用器二(WDM2) 14、增益平坦滤波器(GFF) 15、波长复用器三(WDM3)16、掺铒光纤二(EDF2)17、2x2光学能量分配器(Coupler) 18、光电探测器一(PDl) 111、光电探测器二(PD2)110和隔离器(Isolator) 19。泵浦激光器(LD)用于产生 980nm波长的泵浦激光,波长复用器一(WDMl) 12将泵浦激光从端口 1 耦合输入掺铒光纤一 (EDFl) 13,掺铒光纤一(EDFl) 13中剩余泵浦激光在波长复用器二(WDM2) 14中与C波段放大的自发辐射(ASE)光分离从端口 Ha输出,然后通过波长复用器三(WDM3)16端口 16a 耦合进入掺铒光纤二(EDM) 17。C波段放大的自发辐射(ASE)光沿掺铒光纤一(EDFl) 13、 波长复用器二(WDiC) 14、增益平坦滤波器(GFF) 15、波长复用器三(WDiO) 16的路径传输,最后通过2x2光学能量分配器(Coupler)IS的输出端18a输出至外部光纤布拉格光栅(FBG) 传感器。外部光纤布拉格光栅(FBG)传感器具体实施方式
可为级联的光纤布拉格光栅 (FBG)传感器光路,从2x2光学能量分配器(Coupler)端口 18a输出的放大的白发辐射 (ASE)光波入射至级联的光纤布拉格光栅(FBG)传感器光路,每个光纤布拉格光栅(FBG)传感器都会反射一个特定的波长的信号,所以在2x2光学能量分配器(Coupler)的18a端可接收到光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射回来的具有一系列波长峰值信号。这些信号光经过波长复用器三(WDM3)16、掺铒光纤二(EDF2)17、增益平坦滤波器(GFF) 15、波长复用器二 (WDM2)14、掺铒光纤一(EDFl) 13、波长复用器一(WDMl) 12、隔离器(Isolator) 19输出至信号检测部分,信号在经过掺铒光纤二(EDM)和掺铒光纤一(EDFl)的过程中会被放大,因此该具体实施方式
可实现光纤布拉格光栅(FBG)传感器信号的增强。2x2光学能量分配器(Coupler) 18具体实施方式
可采用但不限于98%比2%的分光比,端口 18a和18c为98%端,18b和18d为2%端。18b端分出2%的输出光功率送入光电探测器一(PDl) 111用于光源功率控制,18d端分出2%的反射光功率送入光电探测器二 (PD2) 110监控反射光强用于实现激光安全告警。激光安全告警具体实施方式
,例如当
光学能量分配器(Coupler)IS的输出端18a处于连接外部传感器光纤状态,反射光强与输出光强的比值正常情况下应低于_20dB,当18a处于断开状态,在空气和光纤的界面会形成反射面,反射光与输出光的比值会高于-17dB,如设置激光安全告警阈值为-18dB,则当18a 处于断开状态时控制电路检测到反射光强与输出光强比值超过_17dB,即会触发告警,系统可根据告警状态来关闭或降低泵浦激光器11,使系统输出功率降低到安全水平,确保操作人员和系统器件安全。信号检测部分具体实施方式
例如信号检测部分由可调滤波器21、光功率分配器 22、波长参考法布里-珀罗标准具(F-P Kalon) 23、光电探测器三(PD3) 24、光电探测器四 (PD4)25组成。具体工作方式是以可调滤波器扫描从光源部分反射的信号光和反向的放大的自发辐射(ASE)构成的光谱,将滤波信号通过光功率分配器分为两路检测光强,一路接入光带你探测器三(PD3) 24,另一路经过法布里-珀罗标准具(F-P Etalon) 23接入光电探测器四(PD4)25。在可调滤波器21扫描波长的同时,在两路光电探测器上同时采样可获得光纤布拉格光栅(FBG)信号和参考波长的时序信号,然后控制电路部分可根据参考波长通过一定的算法来恢复光纤布拉格光栅(FBG)波长峰值信号。控制电路部分具体实施方式
例如印刷电路板组件(PCBA) 31。该印刷电路板组件的软硬件平台可支持光源部分的泵浦激光器驱动,输出和反射光强监控,激光安全告警,可调滤波器驱动,光纤布拉格光栅(FBG)信号和参考波长信号采集和模数转换,波长恢复算法寸。以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和演化,这些改进和演化也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调系统,其特征在于 利用光源部分光路使光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射的光信号放大; 采用波长复用器将反射光和入射光分离;具有激光安全告警和保护功能。
2.根据权利要求1所述的信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调系统,其特征在于,所述光源部分设计使光纤布拉格光栅(FBG)传感器信号可反向经过放大的自发辐射(ASE)光源的掺铒光纤放大,增强信号检测灵敏度。
3.根据权利要求1或2所述的信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调系统,其特征在于,光源部分设计采用波长复用器将反向传输的信号光谱和正向传输的放大的白发辐射(ASE)光源光谱分离,无需使用环形器分离信号。
4.根据权利要求1所述的信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调系统,其特征在于,采用2x2光能量分配器结构可以同时监控输出光强和反射光强,实现激光安全口目。
5.根据权利要求1所述的信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调系统,其特征在于,控制电路部分在检测到激光安全告警时可以主动关闭泵浦激光源实现激光安全保护。
全文摘要
一种信号增强型光纤布拉格光栅(FBG)传感器波长解调系统,包括光源部分,信号检测部分和控制电路部分;该波长解调系统可使光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射光信号反向经过光源部分光路得到放大;所述光源部分采用波长复用器将反射光和入射光分离;采用2x2光能量分配器同时监控输出光强和反射光强。本发明的优点在于将光纤布拉格光栅(FBG)传感器信号放大后检测可提高系统检测灵敏度,采用波长复用器将反射光和入射光分离无需使用环形器,该系统具有激光安全告警和保护功能。
文档编号G01D3/036GK102494701SQ20111039673
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者慕桓 申请人:上海光擎光传感技术有限公司