[发明专利]一种基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤光栅（FBG）时域解调装置，尤其涉及一种基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置。

背景技术

光纤光栅传感是利用光纤光栅本身谐振波长的变化来反映外界相关物理量的变化。因此，对光纤光栅波长的解调是实现光纤光栅传感的关键。一般应用中，光纤光栅波长的漂移都在pm量级，所以就要求解调方法有较高的波长分辨率。另外，为了适应现场应用，解调装置还要具有便携，易于操作、维修等特点。

目前，由各种各样针对光纤光栅的解调方法，如CCD分光计法、光纤光栅匹配法、干涉仪检测法和F-P腔滤波法等。从解调系统所采用的光源可以将各种解调方法分为宽带光源法和可调谐光源法两大类。随着可调谐滤波器的不断发展，可调谐光源法已经具有与宽带光源法相同的扫描宽度，但是在信噪比以及灵敏度等方面则优势明显。

2002年，韩国Chi-Young Ryu等人在“Development of fiber Bragg grating sensor system using wavelength-swept fiber laser”一文中提出了一种采用基于可调谐F-P腔的波长扫描激光器作为光源，利用F-P标准具对扫描范围进行划分、定标，并使用一个参考FBG用作温度补偿的波长解调系统。该方法能够准确的对FBG波长进行解调，且系统信噪比高、解调精度高。但是，由于F-P标准具的谐振波长与参考FBG反射波长不重合，因此对波长的定标就比较困难；当温度发生变化时，F-P标准具的谐振波长间隔就会相应的发生变化，定标就会产生很大的误差；此外，该系统只能给出传感FBG波长变化的相对值，而无法给出绝对值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简易的光纤光栅时域解调装置，解决现有解调装置中存在的结构复杂，解调精度不高，难以给出波长绝对值等的不足。

本发明的技术解决方案为：

一种基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置，包括可调谐激光器、测量光路、参考光路和光电探测单元，其中光电探测单元包括一只光电探测器及与光电探测器输出端相连的电信号测量装置；测量光路包括一只测量光纤环形器和间隔分布在测量光纤环形器信号端的n只测量光纤光栅，其中n只测量光纤光栅的中心波长分别为λx₁～λx_n；参考光路包括一只参考光纤环形器和间隔分布在参考光纤环形器参考端的m只参考光纤光栅，其中m只参考光纤光栅的中心波长分别为λ₁～λ_m，可调谐激光器输出激光至两只光纤环形器的输入端，两只光纤环形器的输出端输出激光至光电探测器的光敏元；光纤光栅中心波长满足下列条件：

min{λx₁,λx_n}≥min{λ₁,λ_m}且max{λx₁,λx_n}≤max{λ₁,λ_m}。

上述基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置中，可调谐激光器输出端经1×2光纤分束器与两只光纤环形器输入端相连。

上述基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置中，两只光纤环形器输出端经2×1光纤合束器与光电探测器相连。

上述基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置中，可调谐激光器为环形腔光纤激光器或直线腔光纤激光器，采用可调谐F-P腔实现波长调谐。

上述基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置中，参考光纤光栅设置在恒温装置中。

上述基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置中，可调谐激光器的输出波长为1.5μm波段，调谐范围不小于50nm，可调谐F-P腔的扫描频率为0.5-1.5kHz。

上述基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置中，测量光纤光栅以等光程均布在测量光纤环形器信号端，参考光纤光栅以等光程均布在测量光纤环形器参考端。

上述基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置中，参考光纤通道F-P腔扫描线性区域内对应光纤光栅的波长间隔大于在F-P腔扫描非线性区域内对应光纤光栅的波长间隔。

上述基于波长扫描的主动式光纤光栅时域解调装置中，可调谐F-P腔由函数发生器驱动，其扫描方式为锯齿波扫描或三角波扫描。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的测量装置实现了对FBG反射波长的绝对解调，且解调精度高，可达亚皮米量级。