[实用新型]可调谐激光光源的光纤传感器测量系统

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及光电检测领域，具体为一种可调谐激光光源的光纤传感器测量系统。

(二)背景技术

光纤布拉格光栅传感器(Fiber Bragg Grating Sensor，FBG)是一种波长调制型光纤传感器，当入射激光波长为FBG反射光谱的响应波长时，入射光被反射，否则透射。光纤布拉格光栅传感器的响应波长随外界物理量(如温度、张力)改变，故其可用于检测温度、压强、位移、应力、电压、加速度等物理参数的变化。自1989年首次有报道将光纤光栅作为传感器应用以来，光纤传感器受到世界各范围的广泛重视，与传统电子传感器比较，由于光纤传感器的电绝缘性良好，抗电磁干扰(EMI)和抗射频干扰(RFI)能力强，化学性能稳定、耐腐蚀，体积小、重量轻，传输损耗小、容量大，灵敏度高、带宽大以及易于实现多路或分布式传感等优点，在土木工程、航空航天、石油化工、复合材料等很多领域中，光纤布拉格光栅传感器均取得了成功的应用，并且取得持续和快速的发展。

光纤传感器所选用的光源决定了测量系统的工作模式、信号处理方法、分辨率及灵敏度，即测量精度。因而选择一种合适的光源对整个光纤传感器测量系统的设计起着至关重要的作用。在选择光源时需要考虑的因素很多，如光源的尺寸、功率、稳定性、相干性、光谱特性及与光纤耦合的难易程度等，另外光源的价格也在很大程度上决定测量系统是否能够实用化。

目前，一般光纤传感器测量系统采用宽带ASE(放大自发辐射)激光光源，方案有两种：一、利用光电探测器的波长效应检测反射光强度，优点是系统构成简单，缺点是精度低、误差大，而且只能支持1路光纤传感器接入；二、利用宽带光源加可调谐滤波器实现输出波长可调谐，整个系统的优点是响应速度快，缺点是系统复杂，需要做定期校准，成本高。使用宽带激光光源最大的缺点是输出的光功率密度低，有效功率仅为其输出总功率的千分之一以下，从而造成此方案中的光纤传感器只能在近距离范围内使用，且测量点数少。

目前，光纤传感器测量系统向着波分复用和光纤传感网的方向发展，这种发展趋势需要采用可调谐激光光源。可调谐激光光源是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器，主要是用于对波长(或者频率)有要求的地方，其分辨率高、功率大。但尚未见可调谐激光光源与光纤传感器组成测量系统的可行设计的报道。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可调谐激光光源的光纤传感器测量系统。

本实用新型设计的可调谐激光光源的光纤传感器测量系统包括可调谐激光光源、分光器、中心处理器(CPU)和光纤光栅传感器，还有信号处理电路和多路开关。所述光纤光栅传感器为光纤布拉格光栅传感器(Fiber Bragg Grating Sensor，FBG)。中心处理器连接控制可调谐激光光源，可调谐激光光源发射的激光经1×M分光器分为M路光束，M为2～64中2的乘方数。M束光每路连接一个反向使用的1×2分光器(即2×1合路器)，每路光束进入其对应的1×2分光器的一个分光端口、到达其合路端口串接的n个光纤光栅传感器，n为1～120的整数，每个光纤光栅传感器的响应波长都有一定的带宽，其中反射光能量最高的波长点为其中心波长。当响应波长的频谱为对称分布，中心波长就是响应带宽的中心点。当光纤光栅传感器外界物理量变化，其响应波长在一定的范围内偏移，同一通道上串联的n个光纤光栅传感器的中心波长的偏移范围均不相同，即相邻的光纤光栅传感器的中心波长无交叉重叠。各1×2分光器的另一分光端口接至其对应的光电探测器，此光电探测器输出的电流信号接入对应的信号处理电路，用以捕获该分光器合路端串联的n个光纤光栅传感器的反射光信息。M个所述信号处理电路的输出通过多路开关接入中心处理器。不同通道串联的n个光纤光栅传感器的中心波长偏移范围可以相同。中心处理器控制多路开关，轮流切换与各通道接通，各通道的物理连接和开关选择是一一对应的关系，所以通过开关选择状态中心处理器即可以识别接收的信号属于哪个通道。

各个光纤光栅传感器根据外界条件的不同，响应波长在一定的范围内偏移，该偏移范围根据需要由光栅制造时的工艺所决定。在本实用新型可调谐激光光源的光纤传感器测量系统中所使用的各光纤光栅传感器的响应波长偏移范围均属于本系统使用的可调谐激光光源所覆盖的波长范围内。并且，同一通道内的n个光纤光栅传感器各自对应的中心波长偏移范围均不相同，即相邻的光纤光栅传感器的中心波长无交叉重叠。