[实用新型]利用ASE光源光谱下降沿解调光纤光栅反射波长的装置

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种利用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。

(二)技术背景

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、实用新型名称为《光纤光栅高温传感系统》的专利即属于此列。

(三)发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本实用新型提出了一种利用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。

本实用新型的技术方案如下：

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：