[发明专利]一种弱反FBG-FIZEAU传感装置

说明书

本发明提供了一种弱反FBG‑FIZEAU传感装置，包括用于将多个不同波长的扫描激光进行反射的传感端和对传感端反射的光信号进行解调从而得到测量结果的解调端；所述传感端包括光环形器和保偏光纤，每段保偏光纤内设有与扫描激光波长数量相等的弱反FBG‑FIZEAU光纤谐振腔，每段保偏光纤对应设有一个串接的光环形器；所述解调端包括多波长扫描激光器、偏振控制器、线偏器、光开关、波分复用器、光电探测器、信号分析模块。与现有技术相比，通过测量传感信号的条纹对比度实现高精度的解调，对波长扫描激光器的性能要求不高，而且免去了参考传感器，系统简单成本低。

技术领域

本发明涉及一种光纤传感装置，特别是一种基于条纹对比度解调的弱反-FIZEAU传感装置。

背景技术

光纤传感器与电学传感器相比具有尺寸小、适用于恶劣环境、可靠性高、易于长距离通信组网等优势，在大型工程及建筑结构健康监测中得到了广泛的应用。然而，光纤传感器的传感精度受光源功率的抖动和波长的漂移、波长标定模块的漂移等多种解调端因素的影响。以典型光纤布拉格光栅传感器为例，波长扫描滤波器的线性特性及波长重复性的劣化会大大降低布拉格波长的检测精度。

现有提高光纤传感器解调精度的方案主要是基于传感器的特殊设计和解调算法的优化。传感器设计方面，例如，使用DFB(Distributed Feed Back，分布反馈)光纤激光传感器代替FBG(Fiber Bragg Grating，即为光纤光栅)传感器，由于DFB的带宽远远小于FBG，波长分辨率与FBG相比提高6个数量级以上，可大大提高解调精度。再例如，通过特殊光纤结构的设计，例如非本征型光纤 FP(Fabry-perot，法布里泊罗)腔，实现传感信号的增敏，放大待测传感量的灵敏度。解调算法的优化方面，例如，通过高精度的FBG寻峰算法可实现FBG解调精度达到10^-6，再例如，以PDH(Pound-Drever-Hall)锁频为代表的高精度解调技术，这种方法通过高精度的激光锁频技术提高FBG-FP传感器解调精度。

其中，DFB光纤传感器由于有源光纤的吸收和熔点的损耗会造成复用容量的降低，另外，DFB的波长漂移的精确测量依然依赖于高精度的解调系统，因此，系统成本较高。

经过特殊光纤结构设计传感器，由于光纤波导结构被破坏，损耗较大，一致性较低，难以实现复用。

FBG寻峰算法容易受光源的波长功率漂移影响，对光源和波长扫描模块稳定性要求较高，因此系统成本高。

基于PDH锁频的解调技术需要复杂的误差信号计算模块，系统较复杂，另外，为了补偿激光器的不稳定性，需要使用参考传感器进行补偿，不利于传感器小型化和封装。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种弱反FBG-FIZEAU传感装置，提高精度同时降低系统复杂度以及成本。

本发明提供了一种弱反FBG-FIZEAU传感装置，包括用于将多个不同波长的扫描激光进行反射的传感端和对传感端反射的光信号进行解调从而得到测量结果的解调端；

所述传感端包括光环行器和保偏光纤，每段保偏光纤内设有与扫描激光波长数量相等的光纤谐振腔，所述光纤谐振腔为弱反FBG-FIZEAU光纤谐振腔，每个光纤谐振腔构成一个传感子单元，保偏光纤中的传感子单元组成一组传感单元，每段保偏光纤对应串接一个光环形器，光环形器的端口2与保偏光纤的前端连接，设置在两段保偏光纤之间的光环形器的端口1与前一段保偏光纤的后端连接；