[发明专利]一种基于偏芯相移光纤光栅的曲率解调装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于偏芯相移光纤光栅的曲率解调装置及其方法，装置包括激光器、偏振控制器、电光相位调制器、光环形器、曲率传感器、掺铒光纤放大器、光电探测器、射频功分器和微波功率放大器；所述的曲率传感器为在纤芯写入相移光纤光栅的偏芯光纤。本发明通过测量光电振荡器(激光器、偏振控制器、电光相位调制器、光环形器、曲率传感器、掺铒光纤放大器、光电探测器、射频功分器和微波功率放大器所组成的闭合环路构成了光电振荡器，偏芯的相移光纤光栅作为光电振荡器的选频装置，其反射谱中的陷波中心与曲率大小和弯曲方向有关)生成的微波信号频率，可解调曲率传感器的曲率值及弯曲方向。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感领域，尤其涉及一种基于偏芯相移光纤光栅的曲率解调装置及其方法。

背景技术

曲率是描述物体形状的一个重要参数，通过对曲率的测量可以了解物体形状的变化趋势。曲率传感器在工业、基础设施建设、航空航天等领域应用广泛，到目前为止已经提出了多种弯曲曲率传感器并且进行了深入的研究，其中基于光纤光栅的曲率传感器由于具有体积小、重量轻、抗电磁干扰和准分布式测量等优点，一直是国内外学者关注的焦点。

例如Zhou Q,Zhang W,Chen L等人提出了一种光纤光栅矢量弯曲传感器(Zhou Q,Zhang W,Chen L,et al.Bending vector sensor based on a sector-shaped long-period grating[J].IEEE Photonics Technology Letters,2015,27(7):713-716.)，通过在标准单模光纤中写入倾斜的长周期光纤光栅构造传感结构的非对称特性。当传感器发生弯曲的时候会导致长周期光纤光栅的反射谱发生漂移，通过光谱仪解调出的反射谱漂移量可以得到传感器感测的曲率值。

又如Kong J,ZhouA,Cheng C等人提出了一种基于级联偏芯光纤布拉格光栅的双轴弯曲传感器(Kong J,Zhou A,Cheng C,et al.Two-Axis Bending Sensor Based onCascaded Eccentric Core Fiber Bragg Gratings[J].IEEE Photonics TechnologyLetters,2016,28(11):1237-1240.)，该传感器由两个分别写入光纤布拉格光栅的偏芯光纤正交熔接构成。每个光纤布拉格光栅对沿纤芯偏移方向的弯曲是最敏感的，对其垂直方向的弯曲最不敏感。当一个偏芯布拉格光栅处于最不敏感的弯曲状态时，另一个纤芯布拉格光栅一定处于最敏感的状态。通过光谱仪解调两个布拉格光栅反射谱的漂移量可以判别二维弯曲方向和曲率值。

然而，现有的光纤光栅曲率传感器的解调方式大多都是通过光谱仪测量光纤光栅反射波长的变化量，从而实现曲率值解调。利用光谱仪对曲率传感器的波长解调，不但解调设备昂贵，而且解调精度有限，难以实现对曲率的高精度传感。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于偏芯相移光纤光栅的曲率解调装置及其方法，通过在偏芯光纤纤芯中写入相移光纤光栅构成曲率传感器实现曲率解调装置，其中传感器具有灵敏度高、可区分弯曲方向等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于偏芯相移光纤光栅的曲率解调装置，包括激光器、偏振控制器、电光相位调制器、光环形器、曲率传感器、掺铒光纤放大器、光电探测器、射频功分器和微波功率放大器；

激光器的输出端与偏振控制器连接，偏振控制器的输出端与电光相位调制器连接，电光相位调制器的输出端与光环形器1端口连接，光环形器2端口与曲率传感器双向连接，光环形器3端口与掺铒光纤放大器连接，掺铒光纤放大器的输出端与光电探测器连接，光电探测器的输出端与射频功分器连接，射频功分器的其中一个输出端与微波功率放大器连接，微波功率放大器的输出端与电光相位调制器连接，射频功分器的另外一个输出端输出测量信号；

所述的曲率传感器为在纤芯写入相移光纤光栅的偏芯光纤。