The invention discloses an accurate sensing system based on a reflective functional resonant filter, which includes a laser source, a phase modulator, a signal source, an optical fiber loop, an optical resonant filter with reflective function, a photoelectric detector, a high-speed analog-to-digital converter and a data analysis and processing module. The continuous signal light output by a laser source passes through the phase modulator and the side bands and carriers interact with each other. In beat frequency, the phase of signal optical carrier, upper sideband and lower sideband changes after passing through a resonant filter with reflective function. Both carrier and sideband have a phase delay, which breaks the balance between phases and enables beat frequency signal to be detected by detector. The invention also discloses a method based on the sensing system. When the central wavelength of the filter drifts with the environment and the optical carrier corresponds to different positions of the phase response curve, the central reflection wavelength is demodulated by the spectral output of different amplitudes to realize environmental parameter monitoring.
【技术实现步骤摘要】
一种基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统及传感方法
本专利技术涉及微波光子学及光纤传感
,具体的说,是一种基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统及传感方法。
技术介绍
随着光电子器件以及微波通信技术的快速发展,形成了光学和电学的交叉学科,即微波光子学。微波光子技术具有带宽高、重量轻、抗电磁干扰以及损耗低等优点,对微波信号的发生、传输和处理等方面都有很大的优势,并且被广泛应用于通信、军事等方面。其中,使用铌酸锂晶体作为调制器主要构造的相位调制器迅速发展,一些光载射频技术和模拟光传输系统也由强度调制-直接检测逐步被相位调制替代,这种调制方式完全避免了强度调制-直接检测的直流偏置点漂移等弊端。作为一种新型的光纤无源器件,近年来以光纤光栅为主的光学谐振滤波器的研究受到广泛关注。目前,结合现在的技术,光纤光栅传感器可以对这些物理量进行精确测量:温度、应变、位移、压力、扭角、压强、加速度磁场、电场、频率、热膨胀系数等。通常,外界的温度、应变和压力等变化直接影响谐振滤波器反射谱的中心波长,如果需要得到更加精确的测量值,那么还需要对中心波长的变化量进行准确监测。通常利用光谱仪解调FBG方法,由于光谱仪是采用衍射和色散光栅来进行波长测量,所以分辨率很低,并且光谱仪价格相对昂贵,体积庞大,很多情况无法满足FBG解调要求。匹配光栅FBG解调法解调精度非常高,信噪比指标也非常好,但解调频率极大地受到PZT的响应速度的限制,因此无法对快速变化的物理量进行精确测量。并且该方法要求待测FBG与参考FBG完全匹配,从制作工艺上讲,很难做到。并且相对其他方法,其FBG波长解调范围很小, ...
【技术保护点】
1.一种基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统,其特征在于,包括:固定波长激光器,作为传感系统所需光源;相位调制器,包含2个光学端口和1个电学端口,其光学输入端与激光器输出端相连,用来对光源发出的光进行相位调制,产生载波边带,光学输出端与环形器a端口相连;微波信号源,作为相位调制器的信号源,输出函数信号,与相位调制器电学射频口相连接;光纤环形器,该环形器至少包含三个端口,a端口与b端口相通,b端口与c端口相通,c端口与a端口隔离,环形器a端口与相位调制器的一个光学输出端相连接,环形器的b端输出连入具有反射功能的光学谐振滤波器,激光经光滤波器反射后返回进入环形器c端;具有反射功能的光学谐振滤波器,滤波器输入端与环形器b端口相连,输出端悬空,激光经滤波器反射后再次经由b端进入环形器c端,而不会返回到a端,所用具有反射功能的光学谐振滤波器既作为系统中的鉴频元件,同时也起传感作用;光电探测器,该探测器与环形器c端相连,将最终输出的光信号转为电信号以便探测;高速模数转换器,与探测器输出端相连,将探测到的模拟信号转换为数字信号以便最后作数据处理;数据分析处理模块,对数字信号进行FFT变换,得到频谱。
【技术特征摘要】
1.一种基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统,其特征在于,包括:固定波长激光器,作为传感系统所需光源;相位调制器,包含2个光学端口和1个电学端口,其光学输入端与激光器输出端相连,用来对光源发出的光进行相位调制,产生载波边带,光学输出端与环形器a端口相连;微波信号源,作为相位调制器的信号源,输出函数信号,与相位调制器电学射频口相连接;光纤环形器,该环形器至少包含三个端口,a端口与b端口相通,b端口与c端口相通,c端口与a端口隔离,环形器a端口与相位调制器的一个光学输出端相连接,环形器的b端输出连入具有反射功能的光学谐振滤波器,激光经光滤波器反射后返回进入环形器c端;具有反射功能的光学谐振滤波器,滤波器输入端与环形器b端口相连,输出端悬空,激光经滤波器反射后再次经由b端进入环形器c端,而不会返回到a端,所用具有反射功能的光学谐振滤波器既作为系统中的鉴频元件,同时也起传感作用;光电探测器,该探测器与环形器c端相连,将最终输出的光信号转为电信号以便探测;高速模数转换器,与探测器输出端相连,将探测到的模拟信号转换为数字信号以便最后作数据处理;数据分析处理模块,对数字信号进行FFT变换,得到频谱。2.根据权利要求1所述的基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统,其特征在于:激光光源可以是低相位噪声的窄线宽激光器,也可以是DFB光纤激光器。3.根据权利要求1所述的基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统,其特征在于:相位调制器可以是铌酸锂电光相位调制器。4.根据权利要求1所述的基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统,其特征在于:信号源可产生单一频率或者多个频率的函数波形,将其连入相位调制器的射频端口,对光信号进行调制。5.根据权利要求1所述的基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统,其特征在于:具有反射功能的光学谐振滤波器可以是均匀布拉格光纤光栅、切趾光纤光栅、啁啾光纤光栅等不同特性的光纤光栅,也可以是微环等其它具有...
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