专利摘要

本发明涉及一种基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，其中，多个长周期光纤光栅反射型传感器具有不同的光程差；所述宽带光源与三端口环形器的第一端口相连，所述三端口环形器的第二端口与串联有所述多个长周期光纤光栅反射型传感器的光纤相连，第三端口与第一光纤耦合器的输入端相连；所述第一光纤耦合器的一个输出端与偏振控制器的输入端相连，另一个输出端与电动可调延迟线的输入端相连；所述偏振控制器的输出端和电动可调延迟线的输出端分别连接第二光纤耦合器的两个输入端；所述第二光纤耦合器的输出端与光电探测器的输入端相连，所述光电探测器的输出端与数据采集卡相连。本发明使得系统空间分辨率高、可复用数目大、成本低廉。

权利要求

1.一种基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，包括宽带光源和多个长周期光纤光栅反射型传感器，其特征在于，所述多个长周期光纤光栅反射型传感器具有不同的光程差；所述宽带光源与三端口环形器的第一端口相连，所述三端口环形器的第二端口与串联有所述多个长周期光纤光栅反射型传感器的光纤相连，第三端口与第一光纤耦合器的输入端相连；所述第一光纤耦合器的一个输出端与偏振控制器的输入端相连，另一个输出端与电动可调延迟线的输入端相连；所述偏振控制器的输出端和电动可调延迟线的输出端分别连接第二光纤耦合器的两个输入端；所述第二光纤耦合器的输出端与光电探测器的输入端相连，所述光电探测器的输出端与数据采集卡相连；所述光纤耦合器将光信号分成等光强的两束，其中的一束光通过所述电动可调延迟线使两路光之间引入可变的光程差，另一束光纤光程不变，接入所述偏振控制器；补偿后的两路光在所述第二光纤耦合器汇合后产生干涉，干涉信号由所述光电二极管探测转换成电信号，再由所述数据采集卡采集和存储，数据处理设备对采集下来的干涉信号进行数据分析和信息解调。

2.根据权利要求1所述的基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，其特征在于，所述长周期光纤光栅反射型传感器通过耦合强度为3dB的长周期光纤光栅制备而成，所述长周期光纤光栅的一端光纤保留以便接入系统，另一端的光纤用切割刀切断并采用溅射方法镀上金属反射膜。

3.根据权利要求1所述的基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，其特征在于，所述多个长周期光纤光栅反射型传感器通过第三光纤耦合器串联接入到同一根光纤中。

4.根据权利要求1所述的基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，其特征在于，所述宽带光源的光源范围覆盖所述长周期光纤光栅传感器的谐振损耗峰的带宽。

5.根据权利要求1所述的基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，其特征在于，所述长周期光纤光栅反射型传感器的单模光纤芯层和包层有效折射率差为10-2。

6.根据权利要求1所述的基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，其特征在于，相邻的长周期光纤光栅反射型传感器中光栅中心到端面的距离差大于或等于2.7mm。

7.根据权利要求1所述的基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，其特征在于，所述宽带光源的光谱范围为60nm。

8.根据权利要求1所述的基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，其特征在于，所述长周期光纤光栅反射型传感器的中心波长为1550nm，损耗峰带宽为20nm。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备。

背景技术

在光纤传感领域，长周期光纤光栅由于其对温度、应力和应变、环境折射率等变化的高度敏感性，而成为一种十分重要的传感器件。与布拉格光栅相比，长周期光纤光栅对温度、应力等具有更高的灵敏性，并且它的包层模式对外界环境折射率敏感，可以适用于液体折射率的高精度测量。虽然具有优秀的单点传感性能，长周期光纤光栅在应用领域的实用化进程远远落后于布拉格光栅。布拉格光栅由于其频域反射频宽很窄，一般小于1nm，可以很方便的构建成分布式的传感系统并用波分复用或时分复用技术来解调。长周期光纤光栅的频谱特征为多个透射损耗峰共存，且每个损耗峰的频谱带宽很大，对环境折射率灵敏度较高的高阶模的带宽至少有几十纳米，因此它的频域无法采用波分复用系统解调。长周期光纤光栅是同向传输的芯层模和包层模耦合，几乎没有反射频谱，因此它无法采用目前技术成熟的时分复用系统解调。由于缺乏针对长周期光纤光栅分布式传感的复用和解调方法的研究，具有优良传感特性的长周期光纤光栅的实用化进程大受影响。

低相干干涉技术是使用宽谱光作为光源，根据白光相干原理，利用零级干涉条纹作为参考位置，从而在较大的范围内获得精确测量绝对位置信息的一种干涉系统。低相干干涉系统用于获得探测信号的传感器结构为干涉仪，解调部分是扫描型的干涉仪，不同的传感器采用不同的光程差设计，可以实现多路传感复用。由于低相干系统中采用干涉仪方式来解调各个传感器信息量，可以避免光源不稳定等因素引入的环境噪声，具有较高的抗干扰性；充分利用干涉图的所有数据来评定被测信号，具有精密测量理论所青睐的平均效应的效果，获得较高的测量精度；构建光纤低相干干涉系统，不需要高相干干涉系统所使用的可调谐激光光源，信号分析处理也不需要光谱仪、网络分析仪、矢量分析仪等贵重精密设备，系统成本远远低于目前广泛使用的波分复用、时分复用等系统。基于低相干原理的复用解调系统是一个性能优良且成本低廉的复用系统，但是目前这个系统的应用研究还远远落后于时分复用系统、波分复用系统等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，使得系统空间分辨率高、可复用数目大、成本低廉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备，包括宽带光源和多个长周期光纤光栅反射型传感器，所述多个长周期光纤光栅反射型传感器具有不同的光程差；所述宽带光源与三端口环形器的第一端口相连，所述三端口环形器的第二端口与串联有所述多个长周期光纤光栅反射型传感器的光纤相连，第三端口与第一光纤耦合器的输入端相连；所述第一光纤耦合器的一个输出端与偏振控制器的输入端相连，另一个输出端与电动可调延迟线的输入端相连；所述偏振控制器的输出端和电动可调延迟线的输出端分别连接第二光纤耦合器的两个输入端；所述第二光纤耦合器的输出端与光电探测器的输入端相连，所述光电探测器的输出端与数据采集卡相连。

所述长周期光纤光栅反射型传感器通过耦合强度为3dB的长周期光纤光栅制备而成，所述长周期光纤光栅的一端光纤保留以便接入系统，另一端的光纤用切割刀切断并采用溅射方法镀上金属反射膜。

所述多个长周期光纤光栅反射型传感器通过第三光纤耦合器串联接入到同一根光纤中。

所述宽带光源的光源范围覆盖所述长周期光纤光栅传感器的谐振损耗峰的带宽。

所述长周期光纤光栅反射型传感器的单模光纤芯层和包层有效折射率差为10-2。

相邻的长周期光纤光栅反射型传感器中光栅中心到端面的距离差大于或等于2.7mm。

所述宽带光源的光谱范围为60nm。

所述长周期光纤光栅反射型传感器的中心波长为1550nm，损耗峰带宽为20nm。有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明利用数据采集和处理系统对干涉信号进行傅里叶变换提取频率即可获得干涉光的中心波长，从而得到传感器的温度信息的解调。利用电动可调延迟线往复扫描，实现了长周期光纤光栅反射型传感器的多路复用。本发明具有系统空间分辨率高、可复用数目大、成本低廉的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，宽带光源1与三端口环形器2的第一个端口光信号连接，长周期光纤光栅反射型传感器4通过一个光纤耦合器3串联到同一根光纤上，串联了n(n≥2)个不同光程差传感器的光纤与环形器的第二个端口光信号连接，环形器的第三个端口与光纤耦合器5的输入端光连接。光纤耦合器5的一个输出端与偏振控制器6的输入端光连接，光纤耦合器5的另一个输出端与电动可调延迟线7的输入端光连接，偏振控制器6的输出端和光纤耦合器8的输入端光连接，电动可调延迟线7的输出端和光纤耦合器8的另一个输入端光连接。光纤耦合器8的输出端与光电二极管9输入端光信号连接。光电二极管9与数据存储和处理设备10电信号连接。将上述多个长周期光纤光栅反射型传感器4作为温度传感器预置在被监测的环境中，宽带光源1、环形器2和信号解调部分都在监测中心，宽带光通过环形器2进入多个传感器4，再由单模光纤将信号光传回监测中心进行信号解调与处理。

所述长周期光纤光栅反射型传感器通过耦合强度为3dB的长周期光纤光栅制备而成，长周期光纤光栅的一端光纤保留以便接入系统，另一端的光纤用切割刀切断并采用溅射方法镀上金属反射膜，形成长周期光纤光栅反射型传感器。不同的长周期光纤光栅反射型传感器中光栅中心到反射端之间的距离不同。

本实施方式中选用光谱范围为60nm的宽带光源，光源范围要覆盖长周期光纤光栅谐振损耗峰的带宽，光源输出的光通过一个三端口的环形器将光能量引入到串联在一根光纤上的传感器中。传感器中长周期光纤光栅把50％的光能量耦合到光纤包层高阶模中，剩余的光能量在光纤芯层传输，经过一段光纤后，传输在芯层和包层的光均被光纤端面的反射膜反射，反射回的光再次经过长周期光纤光栅时，传输在包层的部分光会被重新耦合回芯层，与在芯层传输的光能量汇合。光纤芯层的有效折射率和光纤包层高阶模的有效折射率不同，传感器中一直在芯层传输的光和被耦合到包层后又耦合回芯层的光之间会引入光程差为

δ＝2(nco-ncl)·d (1)

其中nco和ncl分别表示光纤芯层和包层高阶模的有效折射率，d表示传感器中长周期光栅中心到反射端面的距离。预设不同传感器中光栅中心到反射端距离不同，则每个传感器中光信号引入的光程差就不同。

传感器反射回的传感信号再经过光纤收集传输回来后，经过环形器第三个端口进入一个干涉仪解调系统中。光纤耦合器将光信号分成等光强的两束，其中的一束光通过一个电动可调延迟线，使两路光之间引入可变的光程差，随着可调延迟线的扫描，引入的光程差可以补偿不同传感器引入的光程差。另一束光纤光程不变，接入一个偏振控制器的作用是让系统获得最佳的干涉信号。补偿后的两路光在另一个光纤耦合器汇合后产生干涉。干涉信号由光电二极管探测转换成电信号，再由数据采集卡采集和存储，数据处理设备对采集下来的干涉信号进行数据分析和信息解调。

由于不同传感器引入的光程差不同，所以当可调延迟线扫描到某一位置，某个传感器引入的光程差被补偿为零，则该传感器对应的低相干光干涉信号出现，其干涉条纹为：

其中，A(z)是干涉条纹的幅值外包络，P是干涉条纹的周期， 是干涉条纹的初相位，z是可调延迟线扫描的位置。干涉光的中心波长与干涉条纹的关系为

λ＝2P (3)

通过对干涉条纹进行傅里叶变换求得干涉条纹的频率后，根据式(3)，可以获得参与干涉的光的中心波长。干涉光中心波长即是长周期光纤光栅透射损耗峰的中心波长。长周期光纤光栅的耦合损耗峰中心波长会随着温度变化发生漂移，波长飘移与温度的变化成正比关系，其比例系数可以通过实验定标获得。本系统通过测量计算出传感器的谐振损耗峰波长位置，进而解调出环境温度待测量的信息。系统中传感器的灵敏度与长周期光纤光栅的灵敏度一致。解调方案的空间分辨率取决于长周期光纤光栅损耗峰的相干长度。通过串联布置一系列不同光程差的传感器，以及通过控制电动可调延迟线扫描解调干涉仪其中一臂，可实现多路传感器的复用。

本实施方式中长周期光纤光栅中心波长均取光通信典型波段1550nm,一般长周期光纤光栅损耗峰带宽为20nm，则长周期光纤光栅损耗峰的干涉长度为53μm。若使用电动可调延迟线的扫描范围是10cm，本系统最多可以解调1886个传感器。为了不同的传感器干涉信号不发生混叠现象，根据单模光纤芯层和包层有效折射率差约为10-2，相邻传感器中光栅中心到端面的距离差至少2.7mm。

由于温度变化会引起传感器中长周期光纤光栅谐振损耗峰波长的漂移，从而干涉光的中心波长会发生变化，利用数据采集和处理系统对干涉信号进行傅里叶变换提取频率即可获得干涉光的中心波长，从而得到传感器的温度信息的解调。电动可调延迟线往复扫描，实现了长周期光纤光栅反射型传感器的多路复用。本发明具有系统空间分辨率高、可复用数目大、成本低廉的优点。

一种基于长周期光纤光栅反射型传感器的复用解调设备专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。