[发明专利]利用光纤光栅解调Fabry–Pérot腔腔长的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用光纤光栅解调分振幅干涉的多光束干涉腔-Fabry-Pérot腔(简称F-P腔)腔长的方法，属于光纤传感技术领域。 

背景技术

光纤传感技术以其抗电磁干扰、适用于易燃易爆环境、耐腐蚀、高绝缘性、测量范围宽、灵敏度高、便于复用成网、可微型化等优点，得到世界范围内的广泛关注，成为传感领域内发展很快的技术之一。在土木工程、航空航天、石油化工、电力、医疗、船舶工业等领域得到了广泛的应用。例如光纤Fabry-Pérot(F-P)型压力传感器是现今测量流体压力的一种重要方法。流体压力的变化会引起F-P腔腔长的变化，从而使F-P腔的透射光谱或反射光谱发生移动。根据加载后F-P腔的透射光谱或反射光谱算出F-P腔的腔长，就可得到流体压力的大小。F-P腔腔长的解调是实现光纤Fabry-Pérot型传感的关键技术之一。 

目前的F-P腔腔长解调方法主要有强度解调、相位解调等。强度解调法仅需要单色光源，非常简单、直接、成本低廉，但此解调方法对F-P腔的制造工艺要求苛刻，而且测量精度不高，在实际应用中采用较少。相位解调法使用宽带光源，采用光谱分析仪或可调谐光滤波器得到F-P腔的透射光谱或反射光谱。光谱分析仪体积大、价格高，并且数据采集速度慢，一般不适用于实际工程化的F-P传感系统。可调谐光滤波器是光纤通信中的常用器件，其扫描过程一般通过压电陶瓷(PZT)器件实现，PZT器件扫描速度较快，而且尺寸小，相对于光谱仪来说价格较低，在实际工程系统中经常采用。裸压电陶瓷的非线性及迟滞现象严重，影响了光谱测量的精度，为了保证测量精度，通常采用高精度的机械封装式PZT器件，但高精度机械封装式PZT器件价格也很高，这就使得F-P传感器的成本难与目前广泛采用的电学类传感器相竞争，影响了F-P传感器的推广。 

发明内容

本发明的目的是提出一种利用可调谐光源结合光纤光栅解调F-P腔腔长的方法，该方法无需高精度的机械封装式PZT器件，能显著降低测量系统的成本，有利于F-P传感器的应用推广。 

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下： 

利用光纤光栅解调Fabry-Pérot腔腔长的方法，包括如下步骤：将一定频率范围的扫描光耦合到作为参考的两个光纤光栅和待测腔长的传感Fabry-Pérot腔中，利用光电探测器测量所述参考光纤光栅和传感Fabry-Pérot腔的输出信号，并确定在一定光频率范围内传感Fabry-Pérot腔输出光强变化的周期数，再根据此周期数计算传感Fabry-Pérot腔的腔长。 

本发明的进一步方案为：将两个光纤光栅作为参考光栅串联在一起，宽带光源发出的光经隔离器进入由压电陶瓷控制的可调谐Fabry-Pérot滤波器，三角波信号发生器向所述可调谐Fabry-Pérot滤波器施加电压；所述可调谐Fabry-Pérot滤波器输出的光经第一耦合器分成两路，一路通过第二耦合器供给两个参考光栅，另一路通过第三耦合器供给传感Fabry-Pérot腔；被所述两个参考光栅反射回来的光通过所述第二耦合器进入光电探测器PD1转换成电信号输出；被所述法传感Fabry-Pérot腔反射回来的光通过所述第三耦合器进入光电探测器PD2转换成电信号输出；最后由所述光电探测器PD1和PD2的输出信号计算传感Fabry-Pérot腔的腔长。 

本发明的另一个进一步技术方案如下：将两个光纤光栅作为参考光栅并与传感Fabry-Pérot腔串联在一起，宽带光源发出的光经隔离器进入由压电陶瓷控制的可调谐Fabry-Pérot滤波器，三角波信号发生器向所述可调谐Fabry-Pérot滤波器施加电压；所述可调谐Fabry-Pérot滤波器输出的光经耦合器供给两个参考光栅和传感Fabry-Pérot腔，被所述两个参考光栅和传感Fabry-Pérot腔反射回来的光通过所述耦合器进入光电探测器PD转换成电信号输出，再由所述光电探测器PD的输出信号计算传感Fabry-Pérot腔的腔长。 

其中，所述参考光栅采用光纤布拉格光栅或者长周期光栅。 

本发明的方法可以实现对Fabry-Pérot腔腔长的解调，其解调精度几乎不受温度变化的影响，而且宽带光源光谱不平坦等因素引起的传感F-P腔输出波形的局部畸变，也对本发明方法的解调精度影响较小。 

附图说明

图1为本发明F-P传感器腔长解调系统示意图。 

图2为本发明F-P腔腔长解调系统有关信号波形示意图。 

图3为本发明F-P腔输出波形局部畸变示意图。