[发明专利]基于光电振荡器的相移光纤布拉格光栅应变传感系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感领域，特别涉及一种基于光电振荡器的相移光纤布拉格光栅应变传感系统。

背景技术

光纤传感是21世纪传感技术的一个重要领域，其发展直接影响到许多行业的进步。光纤布拉格光栅传感器是一种波长调制型光纤传感器，其机理是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息。由于其具有不受电磁干扰影响、电绝缘性好、体积小、重量轻、传输容量大、测试范围广等传统传感器所不具备的优势而备受人们亲睐。

外界物理参量引起的光纤布拉格波长的移动，可以通过光学滤波器例如边缘滤波器、光纤法布里-珀罗振荡器、双臂干涉仪等波长解调测得。传感分辨率取决于用于波长解调的光学滤波器。凭借其非常窄的谐振响应特性，π相移布拉格光纤光栅被广泛用于提高波长解码分辨率。目前，最新的波长解码方案可以实现分辨率达到1pm。但是，这些方案都无法避免分辨率与测量范围之间的相互制约，即分辨率的提高会导致测量范围的减少，反之亦然。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于光电振荡器的相移光纤布拉格光栅应变传感系统，通过将光域的波长移动转换成电域的微波信号频率移动实现对相移光纤布拉格光栅应变量的精确测量，避免了分辨率与测量范围之间的相互制约，具有分辨率高、信噪比高、测量范围广等优点。

本发明提供一种基于光电振荡器的相移光纤布拉格光栅应变传感系统，包括：

一波长可调谐激光器，该波长可调谐激光器呈单纵模输出；

一偏振控制器，该偏振控制器的输入端与波长可调谐激光器的输出端相连接，用以调节波长可调谐激光器输出光的偏振态，减少光在传输过程中的偏振相关损耗；

一相位调制器，该相位调制器的光输入端与偏振控制器的输出端相连接，用于对输入光信号进行相位调制；

一光环形器，该光环形器的a端与相位调制器的输出端相连接；

一π相移布拉格光纤光栅，该π相移布拉格光纤光栅的一端与光环形器的b端相连接，用于滤除调制光信号中的特定调制频率；

一光电探测器，该光电探测器的输入端与光环形器的c端相连接；

一微波功率分束器，该微波功率分束器的输入端与光电探测器的输出端相连接；

一微波功率放大器，该微波功率放大器的输入端与微波功率分束器的第一输出端相连接，该微波功率放大器的输出端与相位调制器的射频输入端相连接，用以放大光电探测器拍频微波信号功率；

一频谱仪，该频谱仪的输入端与微波功率分束器的第二输出端相连接。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供的基于光电振荡器的相移光纤布拉格光栅应变传感系统，是将相移光纤布拉格光栅的应变转换为谐振波长的移动，其波长分辨率仅受制于振荡器振荡模式间隔，并最终在电域上进行测量，因而具有很高的分辨率，即可探测非常微小的应变量。

2.本发明提供的基于光电振荡器的相移光纤布拉格光栅应变传感系统，由于光电振荡器的使用，能够很好地抑制相位噪声，波长移动(也就是频率移动)的解调信噪比大幅提高。

3.本发明提供的基于光电振荡器的相移光纤布拉格光栅应变传感系统，通过提高微波功率放大器、相位调制器、光电探测器以及相移布拉格光纤光栅的带宽，可以使得其测量范围达到几十吉赫兹，克服了分辨率与测量范围之间的相互制约。

附图说明

为了进一步说明本发明的技术内容，下面结合说明书附图对本发明作详细的阐述，其中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明原理示意图；

图3为系统产生的谐振波频谱图；

图4为系统相位噪声频谱图；

图5为本发明在不同应变下产生的微波信号频谱图；

图6为应变量与系统产生的微波信号频率之间的关系图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种基于光电振荡器的相移光纤布拉格光栅应变传感系统，包括：

一波长可调谐激光器1，该波长可调谐激光器1呈单纵模输出，所述波长可调谐激光器1是外腔激光器、采样光栅半导体激光器或是光纤激光器；

一偏振控制器2，该偏振控制器2的输入端与波长可调谐激光器1的输出端相连接，用以调节波长可调谐激光器输出光的偏振态，减少光在传输过程中的偏振相关损耗；

一相位调制器3，该相位调制器3的光输入端与偏振控制器2的输出端相连接，用于对输入光信号进行相位调制；

一光环形器4，该环形器4的a端与相位调制器3的输出端相连接；