专利名称：光纤光栅传感器的波长检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光波长的检测仪，尤其是涉及一种光纤光栅传感器的波长检测仪。特别适用于高速、高分辨率的测量光纤光栅传感器(包括单个或多个光纤光栅传感器)的特性。
背景技术：
光纤光栅是一种新型光纤无源器件，自1978年问世至今，世界上许多科研和工程技术人员投身到光纤光栅的研制和应用工作中。与其相关的各种技术得到了很大发展。 1989年研究成功的基于掩膜板的紫外写入制作技术使光纤光栅的批量化生产和工业化应用成为可能。现在，光纤光栅已经广泛的应用于光纤通信和传感领域之中。在传感器领域中，光纤光栅传感器具有(1)基于光波波长和带宽为传感机制，使测量信号不受光源强度波动、光纤弯曲、光纤连接损耗和探测器灵敏度变化等因素的影响；( 可以使用波分复用技术在一根光纤中串接多个光纤光栅传感器，同时对多个测量点、多个物理量进行准分布测量；C3)体积小、重量轻、不受电磁干扰、本质安全。所以，光纤光栅已被应用于制作高精度、高可靠性的温度、应变、压力、位移、振动、声音和磁场等传感器，在航空、船舶、电力、石油化工和医学等多个领域中发挥着重要的作用。大多数光纤光栅传感器对各种物理量的测量是基于光纤光栅的波长随物理量的改变这一特性来实现的。因此，制作光纤光栅传感器的波长检测仪，对光纤光栅的波长进行测量并将其解调成所测物理量的值是光纤光栅传感器系统中一项不可避免的重要技术。目前，人们已经用多种方法设计制作出光纤光栅传感器波长的检测仪器。然而，这些仪器中有的测量分辨率高但速度慢，有的测量速度高但分辨率低。因此，目前的光纤光栅传感器的波长检测仪还没有同时具备既高分辨率又高速测量光纤光栅传感器波长的功能。而且，现有技术的光纤光栅波长解调仪基本是针对一定规模的传感网络设计，一般可以测量几十个到上百个光纤光栅传感器的波长，因而结构相对比较复杂，成本也相应的较高。
发明内容为了克服上述现有技术中存在的问题，达到一台光纤光栅传感器的波长检测仪同时具备既高分辨率又高速测量光纤光栅传感器波长的目的，本实用新型提供一种新型光纤光栅传感器的波长检测仪，能够同时高速高分辨率地测量光纤光栅传感器的波长，能够同时测量光纤光栅传感器的静态和动态性能。本实用新型为了达到上述的目的，提供一种光纤光栅传感器的波长检测仪，它包括至少1个光输入端口和至少1个数据输出端口，与光输入端口输出端连接的至少1个波长调制�？椋氩ǔさ髦颇？榱拥纳�1个数据采集�？椋胧莶杉？榱拥闹辽�1个数据处理模块，数据处理�？榈氖涑龆肆拥绞菔涑龆丝谏�。如上述的结构，被检测的光纤光栅传感器输出的光从光输入端口入射到波长调制模块中，波长调制�？榻煌ǔさ墓獾髦瞥捎氩煌ǔは喽杂Φ墓馇坎⒔渥牍馇肯喽杂Φ牡缧藕牛皇莶杉？榻玫缧藕�(模拟信号)分成若干等分并转换成数字信号输入到数据处理�？橹校荽砟？橥ü眯藕诺耐干浜牡故竦盟龉庀斯庹ご衅鞯牟ǔぶ�。本实用新型与现有技术中的波长检测仪相比具有显著的效益。 具有较高的测量速率，较宽的速率测量范围。如上述本实用新型的结构，因为本实用新型的光纤光栅传感器的波长检测仪所采用的光学、光纤器件均为无源器件，不影响测量速度。所述的波长调制模块、数据采集�？楹褪荽砟？槟谒骷刹捎媚壳熬弑负芨吖ぷ髌德实纳逃貌�。所以本实用新型的波长检测仪能够用来测量较高频率变化的光纤光栅传感器的波长。同时又可以对光纤光栅传感器的波长作静态测量。所以测量速度的动态范围较宽。测量速率可以达到100MHz。 测量速率的动态范围为0 IOOMHz。 具有很高的波长分辨率。如上述本实用新型的结构，因为本实用新型内包括波长调制�？椤⑹莶杉？�。 波长调制模块将不同波长的光调制成与波长相对应的光强并将其转化为与光强相对应的电信号，数据采集�？榻湫藕欧殖扇舾傻确郑恳坏确旨次ǔぜ觳庖堑牟ǔし直媛�。当波长调制�？樗≡竦钠骷渥杂晒馄追段�(FSR)达到0.4nm，数据采集�？樗≡竦钠骷锏�14位时，数据采集�？榭梢越种桓鲎杂晒馄追段�(FSR)即0. 2nm内的波长分成16384等份。因此，该波长检测仪具有0.0125pm的波长分辨率。这样的波长分辨率可以对应于光纤光栅传感器的0. 0125微应变。所以本实用新型的波长检测仪具有0. 0125pm的波长分辨率。·具有较宽的波长测量范围。如上述的结构，因为本实用新型内包括波长调制�？椋梢匝≡窕蛟黾硬ǔさ髦颇？槟诘牟煌骷靡岳┱共ǔげ饬糠段АＤ壳氨臼涤眯滦偷牟ǔぜ觳庖堑牟饬看砜纱镏罥j 40nmo 结构较简单。如上述本实用新型的结构，与上述现有技术中的光纤光栅波长解调仪对比，本实用新型的波长检测仪既可以测量单个光纤光栅传感器的波长，又可以测量多个光纤光栅传感器的波长，其结构比较简单，成本比较低廉。
图1是本实用新型的光纤光栅传感器的波长检测仪一实施例的结构示意图；图2是本实用新型的光纤光栅传感器的波长检测仪中的波长调制�？榈谝皇凳├慕峁故疽馔迹煌�3是应用本实用新型的光纤光栅传感器的波长检测仪进行检测光纤光栅传感器特性的一实施例的示意图；图4是图2所示的波长调制�？槟诹礁龌竟庀薋-P器件的透射谱线图；图4中 横坐标为光波长λ，单位为nm ；纵坐标为光纤F-P器件的透射函数；曲线15为图2中基本光纤F-P器件7的透射函数曲线，曲线16为图2中基本光纤F-P器件8的透射函数曲线；图5为图4中波长调制�？槟诹礁龌竟庀薋-P器件透射函数的倒数谱线图；图5中横坐标为光波长λ，单位为nm ；纵坐标为透射函数的倒数。正弦曲线17为基本光纤 F-P器件7的透射函数15的倒数，正弦曲线18为基本光纤F-P器件8的透射函数16的倒数；图6为图5中波长调制�？槟诹礁龌竟庀薋-P器件透射函数的倒数偏置后的谱线图；图6中横坐标为光波长λ，单位为nm ；纵坐标为偏置后的光纤F-P器件透射函数的倒数。曲线19为基本光纤F-P器件7透射函数的倒数曲线17取偏置后的正弦曲线，曲线 20为基本光纤F-P器件8透射函数的倒数曲线18取偏置后的正弦曲线；图7为波长调制�？槟诨拱礁龈ㄖ庀薋-P器件的第二实施例的结构示意图；图8为图7所示第二实施例的波长调制�？橹幸蛔槠煤蟮墓庀薋-P器件透射函数倒数的谱线图；图8中横坐标为光波长λ，单位为nm ；纵坐标为光纤F-P器件透射函数的倒数；曲线25为辅助光纤F-P器件21透射函数的倒数；曲线沈辅助光纤F-P器件22透射函数的倒数；图9为波长调制�？槟诨拱ɡ┱构庀薋-P器件的第三实施例的结构示意图；图10为图9所示的波长调制�？槟诨竟庀薋-P器件7、8和扩展光纤F-P器件 27的透射函数取倒数并偏置后的正弦曲线图；图10中曲线四为扩展光纤F-P器件27透射函数取倒数并偏置后的正弦曲线；图11为波长调制�？槟诨拱ü庀诵北呗瞬ㄆ鞯牡谒氖凳├慕峁故疽馔迹煌�12为图11所示的第四实施例的波长调制�？槟诹礁龌竟庀薋-P器件透射函数和光纤斜边滤波器的谱线图；图12中横坐标为光波长λ，单位为nm ；纵坐标为透射函数。线32为光纤斜边滤波器30的透射函数；图13为波长调制�？槟诨拱ㄊ荽淼缏纺？榈牡谖迨凳├慕峁故疽馔迹煌�14为本实用新型中包括多个波长调制�？榈囊皇凳├峁沟氖疽馔�。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型光纤光栅传感器的波长检测仪的结构特征。如图1所示，本实用新型的光纤光栅传感器的波长检测仪，它包括光输入端口 1， 与光输入端口输出端1连接的波长调制�？�2，与波长调制�？�2连接的数据采集�？�3， 与数据采集�？�3连接的数据处理�？�4以及与数据处理�？�4连接的的数据输出端口 5。 在本实施例中，光输入端口输出端1与波长调制�？�2之间是以光纤连接的；波长调制模块 2与数据采集模块3之间，数据采集�？�3与数据处理�？�4之间以及数据处理�？�4与数据输出端口 5之间均以电缆连接。所述数据采集�？槟诎ㄖ辽�1个模数转换器。所述数据处理�？槟诎ㄖ辽�1个微处理器。所述波长调制�？�2内包括至少1个与光输入端口 1输出端连接的多路光纤分路器，与多路光纤分路器输出端连接的至少2个光纤F-P器件，分别与光纤F-P器件输出端连接的至少2个光电探测器，与光电探测器输出端连接的至少1个电输出端口。图2是波长调制�？�2第一实施例的结构示意图。在本实施例中，波长调制�？� 2包含1个多路光纤分路器，2个光纤F-P器件，2个光电探测器和1个电输出端口。这个[0041]其中，ΙΣΙ 为透射光的强度，/.ΦΙ为入射光的强度。这里假设^Pl为1。如果忽略
F-P器件镜面引起的相位变化，则相位为其中λ为输入光的波长，θ为光纤F-P器件中光的入射角，G、n、d为F-P器件的参数。令0为第一基本光纤F-P器件7的相位，ft为第二基本光纤F-P器件8的相位。如果第二基本光纤F-P器件8的光的入射角θ为0，则％与入射光波长的关系如等式(3)所
示， 这里两个基本光纤F-P器件7和8具有相同G、n、d，但入射角θ不同，所以它们的透射谱形状相同但存在相位差。如果入射角θ的差别恰好使式( 满足
结构为波长调制�？榈幕窘峁梗莆静ǔさ髦颇？�。基本波长调制�？槟谒ǖ� 2个光纤F-P器件称为基本光纤F-P器件。如图2所示，在本实施例中，波长调制模块2包括与光输入端口 1输出端以光纤连接的1个多路光纤分路器6，与多路光纤分路器的一个输出端以光纤连接的为第一基本光纤F-P器件7，与多路光纤分路器另一个输出端以光纤连接的为第二基本光纤F-P器件8， 与第一基本光纤F-P器件7输出端以光纤连接的为第一光电探测器9，与第二基本光纤F-P 器件8输出端以光纤连接的为第二光电探测器10，与第一、第二光电探测器9、10的输出端以电线缆连接的电输出端口 11。图3是应用本实用新型的光纤光栅传感器的波长检测仪进行检测光纤光栅传感器特性的一实施例的示意图。如图3所示，在测试光纤光栅传感器波长时，由宽带光源12 发出的光经耦合器13入射至光纤光栅传感器14。在本实施例中，所述光纤光栅传感器中光纤光栅的周期为1 μ m量级。光纤光栅传感器14将部分宽带光源12发出的光反射，反射光经耦合器13传输到光纤光栅传感器的波长检测仪的光输入端口 1。从光输入端口 1进入波长检测仪由光纤传输至波长调制�？�2，波长调制模块2将输入光根据不同的波长调制成相应的不同的光强并转化为电信号，数据采集�？�3将波长调制�？�2输出的模拟电信号分成若干等份并转换为数字信号，再传输到数据处理�？�4中，数据处理�？�4对于输入的信号进行分析处理，它通过波长调制�？槭涑龅耐干浜牡故竦盟龉庀斯庹ご衅鞯牟ǔぶ�。再由数据输出端口 5输出。如图2所示，输入波长调制�？�2内的光被多路光纤分路器6分成两路，其中一路传输到第一基本光纤F-P器件7中，另一路传输到第二基本光纤F-P器件8中。输入光纤F-P器件的光在F-P器件内形成干涉，致使不同波长的输入光有着不同的输出强度。光纤F-P器件的透射函数rfo)为
权利要求1.一种光纤光栅传感器的波长检测仪，包括至少1个光输入端口和至少1个数据输出端口，其特征在于包括与光输入端口输出端连接的至少1个波长调制�？椋氩ǔさ髦颇？榱拥闹辽�1个数据采集�？椋胧莶杉？榱拥闹辽�1个数据处理�？椋荽砟？榈氖涑龆肆拥绞菔涑龆丝谏�。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述数据采集�？槟诎ㄖ辽�1个模数转换器。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述数据处理�？槟诎ㄖ辽�1个微处理器。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制�？槟诎ㄖ辽�1个与光输入端口输出端连接的多路光纤分路器，与多路光纤分路器输出端连接的至少2个光纤F-P器件，分别与光纤F-P器件输出端连接的至少2个光电探测器，与光电探测器输出端连接的至少1个电输出端口。
5.根据权利要求4所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制�？槟谒ǖ闹辽�2个的光纤F-P器件中包括透射谱线形状相同而存在相位差的两个基本光纤F-P器件。
6.根据权利要求4或5所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制�？槟诨拱ㄓ胨隽礁龌竟庀薋-P器件同周期但不同相位的两个辅助光纤F-P器件。
7.根据权利要求4或5所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制�？槟诨拱ㄗ杂晒馄追段撬龌竟庀薋-P器件两倍或两倍整数倍的扩展光纤F-P 器件。
8.根据权利要求4或5所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制�？槟诨拱ü庀诵北呗瞬ㄆ�。
9.根据权利要求4所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制�？槟诨拱釉诠獾缣讲馄魇涑龆说氖荽淼缏纺？�。
专利摘要一种光纤光栅传感器的波长检测仪，包括至少1个光输入端口，至少1个波长调制�？椋辽�1个数据采集�？椋辽�1个数据处理�？橐约爸辽�1个数据输出端口。被检测的光纤光栅传感器输出的光从光输入端口入射到波长调制�？橹校ǔさ髦颇？榻煌ǔさ墓獾髦瞥捎氩ǔは喽杂Φ墓馇坎⒔渥牍馇肯喽杂Φ牡缧藕牛皇莶杉？榻眯藕欧殖扇舾傻确植⒆怀墒中藕攀淙氲绞荽砟？橹校荽砟？橥ü眯藕诺耐干浜牡故竦盟龉庀斯庹ご衅鞯牟ǔぶ�。具有较高的测量速率，较宽的速率测量范围，很高的波长分辨率和较宽的波长测量范围。
文档编号G01J9/00GK201993173SQ201120087028
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者韦占雄 申请人:韦占雄
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