[发明专利]一种光纤光栅温度传感解调方法

摘要

本发明涉及一种基于光纤光栅温度传感解调系统的传感解调方法，是基于马赫曾德干涉仪与光电振荡器的结合而实现的，所述系统解调系统主要包括：宽谱光源、光纤环形器、光纤光栅、光纤耦合器、单模光纤环、色散光纤环、电光调制器、色散光纤、高速光电探测器、低噪放、微波功分器、频谱仪、计算机。光纤光栅受到温度的变化会引起其发射光波长的移动，使得马赫曾德干涉仪的光程差发生改变，从而改变光电振荡器输出的微波信号的中心频率，根据微波信号中心频率的变化量即得到光纤光栅反射光波长的移动量，最后实现光纤光栅温度传感，该温度传感解调系统不仅精度高，且其测量灵敏度可调、测量结果稳定。

主权项

1.一种基于光纤光栅温度传感解调系统的传感解调方法，其特征在于，包括如下步骤：宽谱光源101经过马赫曾德干涉仪后，将发生干涉，干涉条纹的输出在频域上可表示为：其中A为干涉仪输出干涉条纹的可见度，Δω为不同干涉仪光程差时输出干涉条纹的频率间隔，为干涉仪的相位漂移，ω₀为激光器的中心圆频率，Δω可表示为：Δω＝2π/(DSMFLSMF‑DDCFLDCF)Δλ                       (2)上式中DSMF和DDCF分别为干涉仪中单模光纤环105和待测色散光纤109的色散系数，为LSMF和LDCF分别为干涉仪中单模光纤环105和待测色散光纤109的长度，Δλ为光纤光栅103反射光波长的变化量，光纤光栅103反射光波长的移动会引起干涉仪输出干涉条纹的变化，干涉的输出光是与波长相关，其电场可表征为：E(t)＝∫E(ω)ejωtdω                           (3)则光源的光功率谱密度可表示为：T(ω)＝|E(ω)|2                            (4)干涉仪输出的干涉条纹经过电光调制器108后，光谱的每个频率分量E(ω)都被调制，并且由光电振荡器环路产生一频率为ξ的微波信号，电光调制器108输出的光场可表示为：E(ω)＝ejωt(1+ejξt+e‑jξt)                         (5)光电振荡器中使用色散光纤109作为延迟线，该时延线的电场传递函数可表示为：H(ω)＝|H(ω)|e‑jφ(ω)                          (6)φ(ω)为色散光纤109延迟引入的相位，根据泰勒级数展开，该相位可表示为：式中，τ(ω0)为中心频率为ω0时的群时延，LDCF为光电振荡器中色散光纤109的长度，β为光纤的色散，其单位为ps2/km，β可表示为：式中D(ps/km/nm)为光纤的色散系数，λ0为光纤光栅反射光中心波长，根据式(5)——(9)可得光电振荡器响应函数为：其中由此可知，光电振荡器输出的微波信号的中心频率可表示为：根据式(4)和光电振荡器输出微波信号中心频率的变化量Δf0可得光纤光栅103反射光波长的移动量为：由上式可知，根据光电振荡器输出的射频信号的频率，光纤光栅103反射光的波长，马赫曾德干涉仪两臂光纤的长度和色散值，色散光纤的色散值和长度就可以得到光纤光栅103波长移动量，从而实现光纤光栅温度传感。