[发明专利]基于法布里－珀罗腔的多波长光纤传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器，尤其是涉及一种基于法布里-珀罗腔的多波长光纤传感器。 

背景技术

基于法布里-珀罗腔的激光光纤传感器不仅具有结构简单、精度较高、测量速度快等优点，而且具有实时处理能力，被广泛应用于各种振动测量、位移测量、温度测量等方面。传统单波长法布里-珀罗腔的干涉传感器在实际应用中由于环境的振动影响，导致传光光强发生变化，从而引起传感器失效，严重影响测量效果参见公开号为CN1490598的中国专利。 

近年来也出现了基于波长检测的法布里-珀罗腔式干涉传感器[2]江毅，唐才杰编著.光纤Fabry-Perot干涉仪原理及应用.北京：国防工业出版社2009.214-221；[3]于清旭等.光纤F-P腔压力传感器在高温油井下的应用研究[J]光电子激光，2007，183：299-302，能够在一定程度上克服传光光路的振动，但是这些方法使用了光谱仪等类似设备作为波长信号的来源，一方面限制了振动频率测量的上限，另一方面高速光谱设备价格昂贵。 

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的上述不足，提供一种能够克服环境振动，实现高速实时测量，并且可显著简化传感器结构和降低传感器的成本的基于法布里-珀罗腔的多波长光纤传感器， 

本发明设有多波长窄带相干光源、光纤宽带耦合器、F-P腔式传感头、带窄带滤波的光电接收器和放大电路。 

所述多窄带波长相干光源由至少2个窄带光源耦合而成，所述光纤宽带耦合器与多波长窄带光源连接，光纤宽带耦合器的光信号输出端接F-P腔式传感头，F-P腔式传感头的反射光送至带窄带滤波的光电接收器，放大电路输入端接带窄带滤波的光电接收器输出端。 

所述F-P腔式传感头反射端镀全反射膜，或固定全反射镜。 

所述带窄带滤波的光电接收器可由窄带滤波膜或窄带滤波片与光电接收器构成，窄带滤波的中心波长与带宽与多波长窄带相干光源匹配。 

所述光电接收器件以正负相联的方式连接，所述放大电路具有较低的漏电流。 

与现有技术相比，本发明具有如下优点： 

1)本发明由于应用了入射光与反射光干涉的原理，使外界温度、压力、或振动通过法布里-珀罗腔长的变化转化为干涉光强的变化，因此测量精度高、灵敏度高。 

2)本发明由于在入射光中引入了多波长窄带干涉光源，通过各波长以彼此作为测量参考光，因此可消除光信号传递过程中由于环境变化引起的测量误差。 

3)本发明由于对各波长窄带光源分别可调，因此不仅使得法布里-珀罗腔长可以在大范围内可调，而且可适应后端光电接收器件的特性。 

4)本发明由于在法布里-珀罗腔反射端面镀全反射膜，因此可以排除外界杂散光的干扰，提高信号的信噪比。 

5)本发明由于在光电接收器件前使用与光源对应的窄带滤波片，因此使得各波长光信号能够相互独立。 

6)本发明由于在光电接收器件上使用了头尾相连的连接方式，因此使得光电流形成回路，消除了由于全反射面造成的强光背景。 

附图说明

图1是本发明实施例的工作原理图。 

图2是本发明实施例使用的法布里-珀罗腔结构。 

图3是本发明实施例所使用的光电接收部分电路原理图。 

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。 

在图1中，半导体激光器1发出的激光束经准直聚焦耦合后，进入光纤，设各个波长的波函数是E_n＝acos(w_nt+δ_n)，经过光纤宽带耦合器2进入法布里-珀罗腔传感头3。相干光在图2的界面41发生菲涅耳反射，在界面42发生全反射，两束反射光在界面41叠加，其表达式为E_n＝Eb_n+Ei_n，其中Ei_n＝ηE_ncos(k_nz)代表反射光中发生干涉的部分，z为腔长的变化量，η由耦合效率、干涉对比度、腔长损失决定，k_n主要由波长决定，Eb_n为未发生干涉部分。当外界环境压力、温度、振动使腔长发生改变时，反射光强就相应的发生变化。