用滤光片和旋光晶体实现的光纤光栅传感查询解调方法技术

用滤光片和旋光晶体实现的光纤光栅传感查询解调方法，光纤光栅传感网络今后发展的主要目标是进一步增加光源和查询解调装置的工作带宽，以便增加敏感光纤光栅的复用数目，与此同时，还要保证解调装置有高的解调分辨率和精度，为实现此目的，本发明专利技术由查询装置中的滤光片组对传感网络中的敏感光栅逐一进行查询，每查到一个光栅，则将相应的光信号送入解调装置中，利用旋光晶体的旋光色散效应进行解调，由查询装置依次查询传感网络中的每个光栅，并由解调装置依次进行解调，从而完成对整个传感网络的查询解调。本发明专利技术适用于光纤传感器技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感器
，具体涉及一种用滤光片组实现对光纤光 栅传感网络的査询和利用旋光晶体对敏感光栅进行解调的方法及其装置。
技术介绍
准分布式的光纤光栅传感网络在国防、工业、建筑物的健康监测等方面有 着非常重要的应用价值，受到国内外有关学者的广泛关注，光纤光栅传感器是 以波长编码的方式工作的，是通过外界被测参量对光纤光栅布喇格中心波长的 调制来获取传感信息的。被测参量的变化幅度与敏感光栅布喇格中心波长的平 移量之间有着一一对应的关系，确定了波长移位量就确定了被测参量。在光纤 光栅传感网络中，对一列串接敏感光纤光栅波长移位的检测被称为光纤光栅传 感査询解调技术，是光纤光栅传感网络中关键的技术环节，也是近年来该领域 的研究热点，目前在实际中应用最广泛的是F-P腔滤波器法，国内外均有产品 出售，这主要是由于F-P腔滤波器法的工作波段比较宽，能与目前传感网络中 宽带光源的带宽很好地匹配，光纤光栅传感网络今后发展的主要目标是进一步 增加光源的带宽，以便增加敏感光纤光栅的复用数目，这就要求查询解调装置 的工作波段也要加宽，以便与光源的带宽相匹配，与此同时还要保持高的解调 分辨率和解调精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种使光纤光栅传感网络的查询解调装置的工作波段 加宽，同时还能够保持高的解调分辨率和解调精度的光纤光栅传感查询解调方 法。上述的目的通过以下的技术方案实现，由查询装置中的 滤光片组对传感网络中的敏感光栅逐一进行查询，每査到一个光栅，则将相应 的光信号送入解调装置中，利用旋光晶体的旋光色散效应进行解调，由查询装 置依次查询传感网络中的每个光栅，并由解调装置依次进行解调，从而完成对整个传感网络的査询解调。上述的中所述的査 询装置，其组成包括 一组滤光片，所述的滤光片被镶在由司服马达驱动的圆 盘上，所述的司服马达按照程序驱动圆盘以步进方式转动。上述的查询装置，所述的滤光片与被其查询的光纤光栅间一一相对应，每 一个滤光片用于去查询波长与之对应的某一个光纤光栅，每个滤光片都与被其 査询的光纤光栅工作波段相匹配，使每个滤光片依次对准传感网络的输出光束， 从而完成对所有敏感光栅的查询。上述的用滤光片和旋光晶体实现的光纤光栅传感査询解调方法中所述的解 调装置，其组成依次包括由伺服马达驱动的起偏器、旋光晶体、渥拉斯顿棱 镜、光电探测器和控制与信号处理单元，所述的伺服马达、光电探测器通过导 线与控制与信号处理单元相连。上述的解调装置，所述的起偏器把敏感光纤光栅反射的光变成线偏振光， 该线偏振光继而通过所述的旋光晶体，当敏感光纤光栅反射光的布喇格波长发 生移位时，与其对应的线偏振光通过旋光晶体后，由于旋光色散效应，其偏振 面旋转的角度也会发生相应的变化，由测得的线偏振光偏振面旋转的角度值来 确定敏感光纤光栅布喇格波长的移位量，它们之间有着一一对应关系。上述的解调装置，其特征是对每一个敏感光纤光栅进行解调时，所述的 司服马达在程序控制下将驱动起偏器旋转一个相应的角度，以保证在解调每一 个敏感光纤光栅时，解调系统都处于正交偏置状态。这个技术方案有以下有益效果-1. 本项专利技术中提出的査询解调装置的工作波段可达到400nm，远远高于目 前报导的各种方案，与此同时，解调分辨率仍能保证不低于0.1pm。2. 参照图2，当敏感光栅布喇格波长发生移位时，由于旋光色散效应，载有 波长变化信息的偏振光通过旋光晶体5后，其偏振面偏转的角度将会随波长变 化而变。检测出由晶体5出射光偏振面的偏转角度值，则可确定敏感光栅布喇 格波长的移位量；3. 本产品工作时，司服马达3在程序控制下驱使圆盘2转动，当圆盘2上滤光片组l中某一个滤光片与传感网络输出光的准直器对准时，司服马达3停止 转动，此时只有与该滤光片对应的敏感光纤光栅的输出光能够通过此滤光片， 并入射到解调系统进行解调，由某一敏感光栅反射的光，经起偏器4起偏后通 过旋光晶体5，由于旋光色散效应，载有波长变化信息的偏振光通过晶体5后， 其偏振面偏转的角度将会随波长变化而变，检测出由晶体5出射光偏振面的偏 转角度值，则可确定敏感光栅布喇格波长的移位量，解调完毕后，司服马达3 重新启动，并且再次重复上述过程，盘圆2转动一周，将完成对光纤光栅传感 网络中串接的全部敏感光纤光栅的査询和解调；解调系统的工作带宽是由起偏器4的工作光谱范围所限定的，目前为 400nm，由査询系统出射的光束经过起偏器4后成为线偏振光，该线偏振光沿 旋光晶体5的光轴方向行进。此线偏振光从旋光晶体5出射时，其偏振面相对 于起偏器4的通光轴方向会产生一个偏转角6U>:d (l)式中《(义)是旋光晶体5在不同波长A下的旋光率，单位是度/毫米。d是旋 光晶体5的长度， 一般情况下"(义)与102成正比。本项专利技术就是利用这种旋光 色散效应对敏感光纤光栅波长移位进行解调的。敏感光纤光栅在外界被测参量 的作用下，其布喇格中心波长会发生平移。由(1)式可见，载有波长变化信息 的偏振光经过旋光晶体5后，其偏振面偏转的角度W义)也会发生相应的变化。 布喇格中心波长的平移量与偏转角W义)之间有着一一对应的关系。光纤光栅作 为传感器时，其布喇格中心波长的最大平移量在儿个纳米量级。在这样一个小 的波长范围内，旋光率与波长义之间具有非常好的线性关系。附图说明附图1为本专利技术所述的光纤光栅传感査询装置的结构示意附图2为本专利技术述的敏感光纤光栅解调装置的结构示意图； 附图3为本专利技术用滤光片和旋光晶体实现光纤光栅传感网络查询解调的传 输示意附图4为石英晶体在波长为1285nm 1340nm时旋光率a(义)与波长义间的关 系曲线。本专利技术的具体实施例方式实施例1:如图1所示，所述的光纤光栅査询装置，其组成包括 一组滤光片，所述的滤光片1被镶在由司服马达3驱动的圆盘2上，所述的司服马达3按照程序驱动圆盘2以步进方式转动；如图2所示，所述的敏感光纤光栅解调装置，其组成依次包括由伺服马达9驱动的起偏器4、旋光晶体5、渥拉斯顿棱镜6、光电探测器7、 8和控制与 信号处理单元10，所述的伺服马达、光电探测器通过导线与控制与信号处理单 元10相连；如图3所示，用滤光片和旋光晶体实现光纤光栅传感网络查询解调的方法为， 与被査询的敏感光纤光栅数目相等的一组窄带滤光片1被镶在一个可转动的圆 盘2上，滤光片工作波段与被查询的敏感光栅之间有着一一对应关系，每一个 滤光片用于去査询传感网络中与其波长对应的一个敏感光纤光栅，每个滤光片 的透射光谱范围由被其所查询的敏感光栅的工作光谱范围所决定.实施例2:如图4所示，石英晶体在波长为1285nm 1340nm时旋光率"a)与波长义间 的关系曲线。为获得对^ (A)变化的最大灵敏度和最好的线性度，解调系统应 处于正交偏置状态。下面以石英晶体为例说明如何实现正交偏置。假定某一敏 感光纤光栅的布喇格中心波长变化范围为1308.5nm 1311.5nm，那么应该选取 中间值1310mn波长为参考点。对于波长1310nm的线偏振光，经过石英晶体后， 其偏振面应与渥拉斯顿棱镜6的特征方向成±45°角。这一点可以通过改变起偏 器4的通光轴的方位来实现。当査询系统查询到某一敏感光纤光栅时，控制与 信号处理单元10将发出指令，按程序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用滤光片和旋光晶体实现的光纤光栅传感查询解调方法，其特征是：由查询装置中的滤光片组对传感网络中的敏感光栅逐一进行查询，每查到一个光栅，则将相应的光信号送入解调装置中，利用旋光晶体的旋光色散效应进行解调，由查询装置依次查询传感网络中的每个光栅，并由解调装置依次进行解调，从而完成对整个传感网络的查询解调。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶红安，张昕明，丁开慧，柳春郁，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]