光纤电压测量仪制造技术

本发明专利技术公开一种光纤电压测量仪，包括有，光源、光环形器、光纤Ｂｒａｇｇ光栅通过导光用单模光纤依次相连；光环形器还通过导光用单模光纤连接第一光耦合器；第一光耦合器的一路输出通过导光用单模光纤连接第一光电探测器，另一路输出通过导光用单模光纤连接传感探头的输入端；传感探头的输出端通过导光用单模光纤连接第二光电探测器；第一光电探测器和第二光电探测器的另一端分别连接微处理器。本发明专利技术利用高双折射光子晶体光纤环镜作为传感元件，使该传感器的温度稳定性大为提高，解决了传统电压传感中由热效应和环境温度改变引起的温度交叉敏感问题，具有结构紧凑、测量精度高、抗干扰，耐腐蚀，适合在恶劣环境下工作等特点，可应用于各种电压信号的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电压测量仪。特别是涉及一种用于测量电压信号的由高双折射光子 晶体光纤环镜的强度解调为基本传感原理的光纤电压测量仪。
技术介绍
光纤光栅是一种新型的光子器件，它是在光纤中建立起的一种空间周期性的折射率 分布，可以改变和控制光在光纤中的传播行为。光纤Bragg光栅的折射率调制周期小于 lum，其纤心模式与传输方向相反的模式之间发生耦合，因而具有窄带反射光谱，可以 用作反射型的带通滤波器。光环形器是由多个光隔离器构成的光功能器件，其特点是只允许单一方向的光传输。 一般光环形器具有3个端口，光只能沿着l 口至2 口， 2 口至3 口的路径进行传输，这样 可以达到控制传播光路的目的。光环形器与光纤Bragg光纤配合使用就可以构成带宽窄、 损耗低的窄带光滤波器。高双折射光子晶体光纤是通过在光子晶体光纤的纤芯引入缺陷，破坏其几何对称性， 从而引入双折射。由高双折射光子晶体光纤构成的光纤环镜具有极高的温度稳定性，其 传感原理基于光纤环镜内正反向传输光之间的干涉。进入到l: l光耦合器的光被分为顺 时针和逆时针传输的两束光，这两束光沿双折射光纤传播时分解为沿双折射光纤快、慢 轴两个偏振方向的光，并且具有不同的传播速度。这两束光最终将在l: l光耦合器的输 出端发生干涉。借助于某种装置，将被测电压参量的变化转换为作用于高双折射光子晶 体光纤的长度变化或光纤快慢轴间折射率差的变化，从而引起干涉谱条纹的相位及间距 的变化。通过标定并建立干涉谱条纹的相位及间距与被测电压参量的变化关系，即可由 干涉谱条纹的相位及间距的变化，测量并计算出被测电压的变化。但是，现有的技术中，均是利用复杂的光谱分析设备对普通双折射光纤环镜干涉谱 测量与分析来进行电压参量的传感，且其传感特性具有明显的温度依赖特性。尚未有采 用对基于高双折射光子晶体光纤环镜强度解调的测量及分析来进行电压传感的方案，这 种电压测量仪成本低、灵敏度高且具有极高的温度稳定性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种利用高双折射光子晶体光纤环镜作为传感 器件，采用宽带光源通过光纤Bragg光栅反射滤波与高双折射光子晶体光纤环镜组合构 成解调机制，利用光电探测器对干涉谱进行测量，并采用微处理器对测量结果进行分析 处理的光纤电压测量仪。本专利技术所采用的技术方案是 一种光纤电压测量仪，包括有光源、光环形器、第一 光耦合器、光纤Bragg光栅、传感探头、第一光电探测器和第二光电探测器以及微处理 器；其中，光源、光环形器、光纤Bragg光栅通过导光用单模光纤依次相连；光环形器 还通过导光用单模光纤连接第一光耦合器；第一光耦合器的一路输出通过导光用单模光 纤连接第一光电探测器，另一路输出通过导光用单模光纤连接传感探头的输入端；传感 探头的输出端通过导光用单模光纤连接第二光电探测器；所述的第一光电探测器和第二 光电探测器的另 一端分别连接微处理器。所述的传感探头包括有第二光耦合器、偏振控制器、压电陶瓷及高双折射光子晶 体光纤，其中第二光耦合器的输入端通过导光用单模光纤连接第一光耦合器的一路输 出；第二光耦合器的一路输出通过导光用单模光纤连接偏振控制器，偏振控制器又通过 导光用单模光纤连接高双折射光子晶体光纤；第二光耦合器的另一路输出通过导光用单 模光纤直接连接高双折射光子晶体光纤；而所述的高双折射光子晶体光纤侧向粘贴在压 电陶瓷的表面；与第二光耦合器输入端同侧的另一端透射信号通过导光用单模光纤连接 第二光电探测器。所述的电压测量是通过对压电陶瓷施加被测电压，导致其长度的变化从而引起高双 折射光子晶体光纤环镜干涉谱的变化。一种光纤电压测量仪的应用，其特征在于，当将压电陶瓷换成绕有通电螺线管的磁 致伸缩棒，并将高双折射光子晶体光纤侧向粘贴于磁致伸縮棒的表面，通过观察螺线管 内电流改变时高双折射光子晶体环镜透射谱的漂移，用于对电流参量进行测量。光纤电压测量仪的应用，其特征在于，当除去压电陶瓷，将高双折射光子晶体光纤 部分包层腐蚀使其快慢轴间折射率差对外界折射率变化敏感，将此部分高双折射光子晶 体光纤浸没于被测液体内，并观测高双折射光子晶体光纤环镜透射光谱的变化，用于测 量液体折射率和具有相应折射率液体所对应的物理量、化学量。本专利技术的光纤电压测量仪，利用高双折射光子晶体光纤环镜作为传感元件，使该传 感器的温度稳定性大为提高，解决了传统电压传感中由热效应和环境温度改变引起的温 度交叉敏感问题；通过光环形器利用光纤Bragg光栅的反射光与光纤环镜透射谱组合构 成传感解调机制，其损耗低，能够利用光纤Bragg反射光的全部能量，提高了传感信噪 比；同时利用光电探测器和微处理器进行信号的采集、处理与分析，避免使用复杂的光 谱分析设备观察分析光谱，且具有高度集成化与自动化的特点。此外，基于光纤本身的 优点，这种电压测量仪还具有结构紧凑、测量精度高、抗干扰，耐腐蚀，适合在恶劣环 境下工作等特点，可应用于各种电压信号的测量。附图说明图l是本专利技术的结构示意图。 图中1:光源3:光纤Bragg光栅4b:第二光耦合器6:压电陶瓷8a:第一光电探测器9:微处理器11:传感探头2:光环形器4a:第一光耦合器5:偏振控制器7:高双折射光子晶体光纤8b:第二光电探测器10:导光用单模光纤具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术的光纤电压测量仪做出详细说明。本专利技术就是通过对压电陶瓷施加电压导致其长度的变化从而引起高双折射光子晶体 光纤环镜干涉谱的变化。两只光电探测器分别用于测量光纤Bragg光栅的反射光在经过 高双折射光子晶体光纤环镜前后的光强，利用微处理器进行信号处理与分析，计算得出 电压参量的变化。如图l所示，本专利技术的光纤电压测量仪，包括有光源l、光环形器2、第一光耦合器 4a、光纤Bragg光栅3、传感探头11、第一光电探测器8a和第二光电探测器8b以及微 处理器9;其中，光源l、光环形器2、光纤Bragg光栅3通过导光用单模光纤10依次 相连；光环形器2还通过导光用单模光纤10连接第一光耦合器4a;第一光耦合器4a的 一路输出通过导光用单模光纤10连接第一光电探测器8a，另一路输出通过导光用单模光 纤10连接传感探头11的输入端；传感探头11输出端通过导光用单模光纤10连接第二 光电探测器8b;所述的第一光电探测器8a和第二光电探测器8b的另一端分别连接微处 理器9。所述的传感探头11包括有第二光耦合器4b、偏振控制器5、压电陶瓷6及高双折 射光子晶体光纤7，其中第二光耦合器4b的输入端通过导光用单模光纤10连接第一光 耦合器4a的一路输出；第二光耦合器4b的一路输出通过导光用单模光纤10连接偏振控 制器5，偏振控制器5又通过导光用单模光纤10连接高双折射光子晶体光纤7;第二光 耦合器4b的另一路输出通过导光用单模光纤10直接连接高双折射光子晶体光纤7;而所 述的高双折射光子晶体光纤7侧向粘贴在压电陶瓷6的表面；与第二光耦合器4b的输入 端同侧的另一端的透射信号通过导光用单模光纤10连接第二光电探测器8b。所述的光源l采用宽带光源，其波段应覆盖光纤Bragg光栅的反射波长。光源l的 具体工作波段可以选为1540 -1560nm。本专利技术所选用的第一光耦合器4a和第二光耦合器4b均为1: 1光耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤电压测量仪，包括有光源（１）、光环形器（２）、第一光耦合器（４ａ），其特征在于：还设置有光纤Ｂｒａｇｇ光栅（３）、传感探头（１１）、第一光电探测器（８ａ）和第二光电探测器（８ｂ）以及微处理器（９）；其中，光源（１）、光环形器（２）、光纤Ｂｒａｇｇ光栅（３）通过导光用单模光纤（１０）依次相连；光环形器（２）还通过导光用单模光纤（１０）连接第一光耦合器（４ａ）；第一光耦合器（４ａ）的一路输出通过导光用单模光纤（１０）连接第一光电探测器（８ａ），另一路输出通过导光用单模光纤（１０）连接传感探头（１１）的输入端；传感探头（１１）的输出端通过导光用单模光纤（１０）连接第二光电探测器（８ｂ）；所述的第一光电探测器（８ａ）和第二光电探测器（８ｂ）的另一端分别连接微处理器（９）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，贾承来，刘波，罗建花，刘艳格，王志，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]