一种基于光纤光栅传感解调装置的传感解调方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光纤光栅传感解调装置的传感解调方法，该装置包括窄线宽分布式反馈(DFB)激光器、光纤光栅和IQ混频器，窄线宽分布式反馈激光器输出端连接保偏光纤耦合器，保偏光纤耦合器的输出光经过强度型光调制器后进入到单模光纤耦合器中，信号源的信号加载到强度型光调制器上，后信号经过高速光电探测器到达IQ混频器的微波输入端，IQ混频器输出端与信号处理及显示模块连接，该光纤光栅传感系统采用微波混频器进行直接信号解调，波长移动量的测量结果具有极高的稳定性。

A sensing demodulation method based on Fiber Bragg grating sensing demodulator

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅传感解调装置的传感解调方法
本专利技术涉及一种解调方法，具体为一种基于光纤光栅传感解调装置的传感解调方法。
技术介绍
光纤光栅传感器(FiberGratingSensor)属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格(Bragg)波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。目前光纤光栅传感解调系统主要有光谱法、多波长计检测法、边缘滤波法、可调光滤波法、匹配光栅检测法，波长可调谐光源解调法、CCD分光仪检测法和迈克尔逊干涉解调法等方法。光谱法分析范围比较小，多波长计检测法操作条件严格，可调光滤波法高速运行困难可靠性低，匹配光栅检测匹配分辨率效率低，波长可调谐光源解调法成本高，迈克尔逊干涉解调法扫描速度低，目前的光纤光栅传感系统都是用光学的方法来实现光纤光栅波长变化量的解调，具有精度高等特点，但也存在环境适应性差等特点。本专利技术提出了一种基于微波混频技术的光纤光栅传感解调系统,以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有解调装置在工作过程中，环境适应性差、不稳定和分辨率低的缺陷，提供一种基于微波混频技术的光纤光栅传感解调装置，从而解决上述问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：本专利技术一种基于微波混频技术的光纤光栅传感解调方法和装置，包括窄线宽分布式反馈(DFB)激光器、光纤光栅和IQ混频器，窄线宽分布式反馈激光器输出端连接保偏光纤耦合器，保偏光纤耦合器的输出光经过强度型光调制器后进入到单模光纤耦合器中，单模光纤耦合器输出端分为大输出端和小输出端，大输出端的输出光经过光纤环形器后到达高速光电探测器中，小输出端的输出光经过光电探测器到达调制驱动器中，其中保偏光纤耦合器的输出光有一部分也经过光电探测器到达调制驱动器中，调制驱动器对两束光进行合束调制，信号源的输出光经过功分器后分两路，一路微波信号加载到强度型光调制器上，强度型光调制器将该信号处理过后经过光纤环形器后输送到光纤光栅中，光纤光栅将信号反射到色散光纤中，最后该路信号经过高速光电探测器到达IQ混频器的微波输入端，功分器发出的另一路信号进入到IQ混频器的本振输入端，IQ混频器输出端与信号处理及显示模块连接。作为本专利技术的一种优选技术方案，窄线宽分布式反馈(DFB)激光器芯片采用非对称相移光栅结构，且内部设置有高精度的温度和电流控制系统，有效地压窄了输出光信号的线宽,有效控制窄线宽分布式反馈(DFB)激光器内部载流子动态特性与材料折射率,使得窄线宽分布式反馈(DFB)激光器输出波长可以实现宽带调谐,并且输出光功率保持稳定。作为本专利技术的一种优选技术方案，强度型光调制器内部设置有线性调制设备，线性调制设备表面设置有纵向和横向接口，接口均位于铝外壳中，由于电光效应可分为线性电光效应(泡克耳斯效应)和二次电光效应(克尔效应)，而线性电光效应比二次电光效应的作用效果明显，因此采用线性调制效果更好。作为本专利技术的一种优选技术方案，装置设置有软件平台，通过硬件平台采集到的电压数据，传送给单片机，单片机内部设置有相应的算法，单片机通过一系列的算法对电压信号进行分析和处理而得到光纤光栅波长移动量。本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术提出了一种基于微波混频技术的光纤光栅传感解调系统，系统采用微波相位检测的方法，将微波信号调制到光域上，光纤光栅受所传感物理量的变化时会导致的波长移动，而光载微波信号通过系统采用色散光纤后会使微波信号的相位发生变化，根据微波信号相位的变化就可以实现光纤光栅波长移动量的解调，具有的好处是：提出了一种新的基于微波混频技术的光纤光栅传感解调系统；该光纤光栅传感解调系统的波长分辨率可通过改变信号源的频率以及色散光纤的长度和选用色散系数大的色散光纤来任意调节。系统波长分辨率可低于0.0004nm；该光纤光栅传感系统采用微波混频器进行直接信号解调，波长移动量的测量结果具有极高的稳定性。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术系统框架结构示意图；图中标号：101、窄线宽分布式反馈(DFB)激光器；102、保偏光纤耦合器；103、光电探测器；104、强度型光调制器；105、调制器驱动器；106、单膜光纤耦合器；107、光纤环形器；108、光纤光栅；109、色散光纤；201、高速光电探测器；202、信号处理及显示模块；203、IQ混频器；204、功分器；205、信号源。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。实施例：如图1所示，本专利技术提供一种基于微波混频技术的光纤光栅传感解调装置，包括窄线宽分布式反馈(DFB)激光器101、光纤光栅109和IQ混频器203，窄线宽分布式反馈(DFB)激光器101输出端连接保偏光纤耦合器102，保偏光纤耦合器102的输出光经过强度型光调制器104后进入到单模光纤耦合器106中，单模光纤耦合器106输出端分为大输出端和小输出端，大输出端的输出光经过光纤环形器107后到达高速光电探测器201中，小输出端的输出光经过光电探测器103到达调制驱动器105中，其中保偏光纤耦合器102的输出光有一部分也经过光电探测器103到达调制驱动器105中，调制驱动器105对两束光进行合束调制，信号源205的输出光经过功分器204后分两路，一路微波信号加载到强度型光调制器104上，强度型光调制器104将该信号处理过后经过光纤环形器107后输送到光纤光栅108中，光纤光栅108将信号反射到色散光纤109中，最后该路信号经过高速光电探测器201到达IQ混频器203的微波输入端，功分器204发出的另一路信号进入到IQ混频器203的本振输入端，IQ混频器203输出端与信号处理及显示模块202连接。具体的，本专利技术一种基于微波混频技术的光纤光栅传感解调装置，窄线宽分布式反馈(DFB)激光器101芯片采用非对称相移光栅结构，且内部设置有高精度的温度和电流控制系统，有效地压窄了输出光信号的线宽,有效控制窄线宽分布式反馈(DFB)激光器101内部载流子动态特性与材料折射率,使得窄线宽分布式反馈(DFB)激光器101输出波长可以实现宽带调谐,并且输出光功率保持稳定，强度型光调制器104内部设置有线性调制设备，线性调制设备表面设置有纵向和横向接口，接口均位于铝外壳中，由于电光效应可分为线性电光效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤光栅传感解调装置的传感解调方法，其特征在于：微波信号在色散光纤109中传输，当光纤光栅108收到外界温度、应力或应变的影响后，其发射波长会发生变化，而波长的变化在经过一段色散光纤109后会导致微波信号的相位会随着光纤光栅108发射波长的变化而变化，而光纤光栅108作为传感器的原理就是其发射波长的移动量来反应所传感的物理量的大小。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅传感解调装置的传感解调方法，其特征在于：微波信号在色散光纤109中传输，当光纤光栅108收到外界温度、应力或应变的影响后，其发射波长会发生变化，而波长的变化在经过一段色散光纤109后会导致微波信号的相位会随着光纤光栅108发射波长的变化而变化，而光纤光栅108作为传感器的原理就是其发射波长的移动量来反应所传感的物理量的大小。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感解调装置的传感解调方法，其特征在于：假设一长为L的色散光纤109的色散系数为D(ps/km/nm)，光纤光栅108受到所传感量的变化而导致的反射波长的移动量为Δλ，则微波信号的相位随光纤光栅108发射波长变化量的变化关系为假设信号源输出信号的频率为f，该信号经功分器204后得到两个相同的微波信号，其中一路作为本振信号直接进入IQ混频器203的本振输入端，该信号可表示为：Vo为信号幅值，为信号的初相位。该微波信号通过强度型光调制器10...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢平，
申请(专利权)人：邓泽松，
类型：发明
国别省市：江苏,32