[发明专利]一种相移光纤光栅解调系统

说明书

本发明公开了一种相移光纤光栅解调系统，用以解决现有相移光纤光栅传感系统无法进行多点同时传感的问题，实现解调精度高，可以复用多个相移光纤光栅，且测量范围大。所述系统包括扫频激光器、耦合器、第一环形器、第二环形器、相移光纤光栅阵列、气体吸收室、光纤FP干涉仪、光电探测器组、数据采集装置和解调模块。

技术领域

本发明涉及光纤传感器领域，特别是涉及一种相移光纤光栅解调系统。

背景技术

光纤布拉格光栅作为一种新型传感器件，因其独特的优点已经得到越来越多的关注，应用领域也日趋广泛。相比于传统的电学、光学传感器，光纤光栅的传感信号为波长编码而不受电磁干扰，灵敏度高且易于复用。当它受到外界环境温度、压力等物理量影响时，其中心波长会发生变化，因此基于光纤光栅的传感器可用于测量外界物理量的变化。光纤光栅传感系统具有耐腐蚀、化学性能稳定、体积小、重量轻等优点，可广泛应用于测量温度、压力、应变、加速度等物理量，目前在土木结构、航空航天、石油化工和医学等领域已得到广泛的应用。

传统光纤光栅传感器反射带宽为0.2nm-0.5nm，其温度和应变的解调精度最高可达到0.1℃和1微应变。而传感领域对高精度传感器的需求正在日益增加，光纤光栅的解调精度受限于其反射带宽，减小反射带宽有利于提高波长分辨率。相移光纤光栅作为一种新型的光纤光栅，它所具有的窄带透射峰使它能够用于高精度传感领域，如超声传感、弱信号探测等。相移光纤光栅是一种非均匀周期光栅，折射率分布不连续。该光栅是在常规光纤布拉格光栅的某一特定部位引入π的相移，产生2个相互异相的光栅。这2个相互异相的光栅类似于波长选择谐振腔，允许谐振波长的光注入到阻带，在阻带中打开一个线宽极窄的透射窗口，该窗口的3-dB带宽约为10pm，其带宽与普通光纤光栅的反射带宽相比减小了一个数量级，且窄带透射峰的中心波长与外界应变、温度呈线性关系，因此适合于高精度传感。

相移光纤光栅传统解调方案多采用边缘滤波法，该解调方案虽然灵敏度高，但是易受环境温度的影响，需要实时调节光源的中心波长来实现最佳灵敏度，增加了系统复杂度。另外该方案的测量范围小，只能覆盖透射带宽的大小，约10pm的范围。受限于制作工艺，每个相移光纤光栅的中心波长无法做到pm量级的一致性，所以每个传感点均需要配备一个窄线宽激光光源，无法使用一套光源系统进行多点同时传感。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种相移光纤光栅解调系统，用以解决现有相移光纤光栅传感系统无法进行多点同时传感的问题，实现解调精度高，可以复用多个相移光纤光栅，且测量范围大。

为解决上述技术问题，本发明中的一种相移光纤光栅解调系统，包括扫频激光器、耦合器、第一环形器、第二环形器、相移光纤光栅阵列、气体吸收室、光纤FP干涉仪、光电探测器组、数据采集装置和解调模块；

所述扫频激光器输出的扫频光经过所述耦合器后分成第一路、第二路和第三路扫频光；所述第一路扫频光通过所述第一环形器入射到所述相移光纤光栅阵列后，并通过所述第一环形器输出相移光纤光栅传感信号；所述第二路扫频光入射到所述气体吸收室后，输出气体吸收室的透射信号；所述第三路扫频光通过所述第二环形器入射到所述光纤FP干涉仪后，并通过所述第二环形器输出光纤FP干涉仪反射信号；所述相移光纤光栅传感信号、所述气体吸收室的透射信号和所述光纤FP干涉仪反射信号经过所述光电探测器组后，分别转换成对应模拟信号后，经过所述数据采集装置完成模拟信号采集；所述解调模块用于对采集的模拟信号进行解调。

可选地，所述扫频激光器的瞬时线宽小于10pm量级。

可选地，相移光纤光栅阵列由至少2个相移光纤光栅串连在同一根光纤中。

具体地，相移光纤光栅阵列由串连在同一根光纤中至少2个相移光纤光栅组成。

具体地，所述相移光纤光栅阵列通过空分复用进行通道数扩展。