[发明专利]布拉格光栅的解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种布拉格光栅的解调方法。

背景技术

光纤布拉格光栅(FBG)是国际上新兴的一种在光纤通讯、光纤传感等光电子处理领域有着广泛应用前景的基础性光纤器件。当前FBG的制作与应用研究成为世界各国光纤技术研究的热点和重点。作为传感元件，光纤光栅将被感测信息转化为其反射波长的移动，即波长编码，因而不受光源功率波动和系统损耗的影响。另外，光纤光栅具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等特点，易于将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，实现分布式传感，这是其他传感元件所不及的。

光纤布拉格光栅(FBG)传感器的工作原理如图1所示，包括如下：FBG的周期较小(光栅周期)，其基本特性表现为一个反射式的光学滤波器，反射谱宽200～300pm，布拉格反射波长。当FBG所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时，光栅周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化。通过测量反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。此外，利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变化不同，可实现对磁场的直接测量；通过在光栅上涂敷压电材料等特殊功能材料，还可实现对电场等物理量的间接测量。

FBG传感器的关键就在于精确的检测反射波长的微小移动，即对波长编码信号进行解调。利用高精度的光谱分析仪可以达到这一目的，但由于其体积庞大，价格昂贵，很难用于实际应用中。

目前，光纤光栅大多利用光纤材料的光敏性(峰值位于240nm的紫外区)制成。紫外光通过掺杂光纤时，与纤芯内掺杂离子相互作用而引起折射率的永久性变化，在纤芯中形成相位光栅，其作用相当于一个透射或反射式的窄带滤波器。光纤光栅的周期和折射率调制深度直接决定了它的光谱特性，设计出不同结构的光纤光栅，就能够制作出不同特性的光纤器件。另外，光纤布拉格光栅作为新型传感器件在应变和温度传感领域受到广泛关注。光纤FBG光栅传感器在应变传感领域可以分为准静态传感和动态传感。准静态传感目前已在桥梁、隧道和矿井监测和材料检测等现场获的一定的应用。动态测量主要侧重于频域信号的分析，目前也有较大的进展。对于光纤光栅传感系统的关键技术布拉格波长信号的解调，目前在该领域已进行了多方面研究：基于FBG滤波法，马赫一泽德干涉法，法布里一拍罗滤波法等。上述内容中的一个重要问题是对于应变的变化，如高频振动一类的动态信号变化，或瞬态脉冲信号等，没有足够高的响应时间。

例如，1992年由A.D.Kersey等人提出非平衡Mach-Zehnder(M-Z)干涉解调法，宽带光源通过耦合器入射到FBG上，其反射光经过两个耦合器进入不等臂长的M-Z干涉仪，当传感光纤光栅受到外界作用时，其中心波长的变化导致非平衡M-Z干涉的相位发生变化，解调出相位变化量即可得到波长偏移量，实现了(在500Hz下)的分辨率。该解调方法具有响应速度快、分辨率高的特点，多适用于动态测量，但在实际应用过程中，极易受应变、温度等外界因素的干扰。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种布拉格光栅的解调方法及装置，以实现适于应变控制的光纤布拉格光栅的波长解调方法及其系统。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种布拉格光栅的解调方法是这样实现的：

1、一种布拉格光栅的解调方法，包括：

S1：ASE宽带光源将宽带光输入F-P可调谐滤波器，F-P可调谐滤波器在DSP系统提供的扫描控制周期电压的作用下将所述宽带光转换成为扫频的窄带光，通过电控压电陶瓷改变滤波器中的F-p腔的长度来改变F-P滤波器的导通频带；

S2：在调谐控制信号的作用下，F-P滤波器的导通频带扫描整个光栅反射光光谱，根据由PID控制器得到的目前滤波光纤光栅温度，可计算得到所需电流，通过设定电流源电流大小，使滤波光纤光栅温度设定到合适的工作点；

S3：系统到稳定在工作点后，计算机通过程序控制数据采集卡对于光纤光栅动态应变传感系统的进行信号测量，系统采用自触发模式，等到有触发信号后，测量应变的动态信号，应变的动态信号计算如下：

传感光纤光栅的布拉格波长和应变的关系如下：