基于多波长低相干光源的光纤法珀传感器复用方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于多波长低相干光源的光纤法珀传感器复用方法及装置，包括光源模块、3dB耦合器、光纤法珀传感器单元和解调单元。光源模块各通道输出不同波长的低相干光；N通道光通过对应的3dB耦合器后，入射到对应光纤法珀传感器，反射光再次经过对应3dB耦合器之后，通过多通道合束器合成一束光，入射到解调单元：解调干涉仪实现光程差扫描，并输出叠加了所有传感器腔长信息的低相干干涉条纹；将低相干干涉条纹光信号转换为电信号后，传输到计算机，对信号进行滤波分析与判定算法处理，同时解调出各光纤法珀传感器信息，实现光纤法珀传感器的复用。与现有技术相比，本发明专利技术降低了系统成本，支持批量化生产；能够同时、独立实现多路传感器复用解调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感领域，特别是涉及一种光纤法珀传感器复用方法及装置。
技术介绍
光纤法珀传感器利用其法珀腔长的变化实现位移、压力、温度等物理量的传感测量，由于其具有尺寸小、精度高、稳定性好等优点，在研究和应用领域均受到广泛关注。然而，法珀传感器相比于光纤光栅等其他光纤传感器，在实现多点同时传感测量的传感复用时所使用的技术比较复杂。光纤法珀传感器多路复用方法大体可以分为两类，一类是光程差扫描法，其原理是采用光程差扫描的方法，匹配出各个不同腔长传感器的腔长值。如M Singh等(Multiplexed optical fibre Fabry-Perot sensors for strain metrology, Smartmaterials andstructuresl999,8:549 - 553.)和 YichaoChen 等(Multiplexed fiberFabry - Perottemperaturesensor system using white-light interferometry, OpticsLetters, 2002, 27(11):903-905)将多个不同腔长的法珀传感器串联作为传感单元，再采用迈克尔逊干涉仪进行光程差扫描的方法，匹配出每个法珀传感器的腔长，实现法珀传感器复用解调。另一类是光谱扫描法，其原理是采集并分析法珀传感器的干涉光谱，计算法拍腔长值° 如 Liu, T 等(A frequencydivision multiplexed low-finesse fiber opticFabry - Perot sensor system for strain anddisplacement measurements, Review ofScientific Instruments I (3): 1275-1278.)采用线阵CO)同时接收不同腔长法拍传感器的干涉光谱，再对干涉光谱进行傅里叶变换，得到各个腔长对应的频谱峰值位置，实现不同腔长传感器的复用解调。 上述两种法珀传感器复用方法均建立在不同腔长传感器复用的基础之上，由于在传感器的制作过程中需要精确控制各个传感器腔长，因而制作成本高，效率低。当前，基于MEMS加工技术容易实现腔长一致的非本征光纤法珀传感器批量化制作，加工成本低，具有推广价值。然而，对于光纤法珀传感器存在相同腔长，或腔长变化过程中存在交叠的情况，上述复用方法将不再适用。
技术实现思路
基于上述现有技术的不足，本专利技术提出一种基于多波长低相干光源的光纤法拍传感器复用方法与装置，该法珀传感器复用方法适用于多路传感器、多测量点或多参量的并行与独立测量，实现位移、压力、应变、温度、折射率等可转化为法珀腔长变化的物理量的高精度解调。本专利技术提出了一种基于多波长低相干光源的光纤法珀传感器复用装置，该装置包括光源模块、3dB耦合器、光纤法珀传感器单元和解调单元，各部件组成光路，各部件之间采用多模光纤进行光信号传输；其中:所述光源模块由宽带光源和N个不同波长的滤波片构成，即:宽带光源发出的光同时耦合到N根多模光纤中，N为光纤法珀传感器复用通道数；各通道光通过对应的N个不同波长的滤光片，宽带光源与N个不同波长的滤光片构成N通道的光源模块；所述解调单元包括多通道合束器、解调干涉仪、光电转换器件、多模光纤、采集卡以及计算机；光源模块各通道输出不同波长的低相干光；N通道光通过对应的3dB耦合器后，入射到对应光纤法珀传感器，包含有光纤法珀传感器腔长信息的反射光再次经过对应3dB耦合器之后，通过多通道合束器合成一束光，入射到解调单元:在解调单元中，解调干涉仪实现光程差扫描，并输出叠加了所有光纤法珀传感器腔长信息的低相干干涉条纹；光电转换器件将低相干干涉条纹光信号转换为电信号后，经由数据采集系统传输到计算机，通过信号处理，对信号进行滤波分析与判定算法处理，同时解调出各光纤法珀传感器信息，实现光纤法珀传感器的复用。所述光源模块另一种构成方式是采用N个不同波长的LED光源构成:直接将N个不同波长的LED光源分别耦合到N个多模光纤之中，构成各通道输出不同波长低相干光的光源模块。根据光电转换器件感光要求，所述宽带光源包括白光LED光源、卤素灯、氙气灯和ASE光源。所述3dB耦合器选择多模光纤耦合器；所述光电转换器件，根据选择光源光谱波段选择线阵CCD相机、线阵CMOS相机、砷化镓铟光电探测器或PIN光电探测器。本专利技术还提出了一种基于多波长低相干光源的光纤法珀传感器复用方法，包括以下具体步骤:步骤一，光源模块中将宽带光源出射的光同时耦合到N路多模光纤后，各路光分别经过对应的波长不同的滤光片，即光源模块同时输出N通道波长不同的低相干光；低相干光通过对应的3dB耦合器与光纤法珀传感器之后反射回来，反射光中包含了传感器产生的光程差信息；各通道反射光经过多通道合束器之后合成一束光，并入射到解调干涉单元，在解调干涉单元:解调干涉仪对信号光进行光程差扫描匹配，并输出叠加了所有传感器光程差信息的低相干干涉条纹。光电转换器件将解调干涉仪输出的地相干干涉条纹光信号转换成电信号；步骤二、经由采集卡，将步骤一的电信号输入到计算机，并在计算机中进行下一步处理，具体处理过程为:对步骤一所述电信号进行快速傅里叶变换，得到频域波形，频域波形中，各光纤法珀传感器信号各自分离、独立；构造与各光纤法珀传感器频域信号相匹配的带通滤波函数，分别将各滤波函数与频域波形相乘，分离出各光纤法珀传感器频域信息；分别将每个分离出来的频域信息做快速傅里叶逆变换，从而还原出各光纤法珀传感器独立的低相干干涉条纹；分别确定各传感器对应低相干干涉条纹峰值，最终通过确定干涉条纹峰值位置实现光纤法珀传感器复用解调。所述步骤一中的光源模块另一种构成方式是采用波长不同LED光源构成，其步骤为:分别将N个不同波长的LED光源耦合到N通道多模光纤之中，N通道中输出波长不同的低相干光。与现有技术相比，本专利技术专利具有以下有益效果:1、相比于现有的光程差扫描和光谱扫描复用方法，本专利技术能够实现多路相同腔长传感器复用解调，不受传感器腔长变化必须避免交叠的限制。适用于基于MEMS加工技术完成的腔长一致、批量化制作的非本征光纤法珀传感器复用解调，降低系统的成本，具有推广价值。2、相比于光开关切换式复用方法，本专利技术不受时间切换限制，能够同时、独立实现多路传感器复用解调。各传感器信号虽然在时域中相互叠加，但是在频域上相互独立，通过频域滤波分析与判定算法处理，实现各传感器信号同时、独立解调，且不影响解调精度和稳定性。附图说明图1是基于多波长低相干光源的光纤法珀传感器复用装置结构示意图；图2是由不同波长LED光源构成光源模块示意图；图3是光源模块输出的四通道不同波长的低相干光光谱；图4是四通道的独立低相干光产生低相干干涉条纹图；图5是叠加低相干干涉条纹归一化光强输出结果；图6是叠加的低相干干涉信号频域波形以及对应的带通滤波函数；图7是四通道对应低相干干涉条纹分离结果。图中，1、光源模块(包括:2、宽带光源,3、第一滤光片,4、第二滤光片,5、第i滤光片，6第N滤光片),7、多模光纤,8、第一 3dB稱合器,9、第二 3dB稱合器，10、第i3dB稱合器，11、第N3dB稱合器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多波长低相干光源的光纤法珀传感器复用装置，其特征在于，该装置包括光源模块、3dB耦合器、光纤法珀传感器单元和解调单元，各部件组成光路，各部件之间采用多模光纤进行光信号传输；其中：所述光源模块由宽带光源和N个不同波长的滤波片构成，即：宽带光源发出的光同时耦合到N根多模光纤中，N为光纤法珀传感器复用通道数；各通道光通过对应的N个不同波长的滤光片，宽带光源与N个不同波长的滤光片构成N通道的光源模块；所述解调单元包括多通道合束器、解调干涉仪、光电转换器件、多模光纤、数据采集卡以及计算机；光源模块各通道输出不同波长的低相干光；N通道光通过对应的3dB耦合器后，入射到对应光纤法珀传感器，包含有光纤法珀传感器腔长信息的反射光再次经过对应3dB耦合器之后，通过多通道合束器合成一束光，入射到解调单元：在解调单元中，解调干涉仪实现光程差扫描，并输出叠加了所有光纤法珀传感器腔长信息的低相干干涉条纹；光电转换器件将低相干干涉条纹光信号转换为电信号后，经由数据采集卡传输到计算机，通过信号处理，对信号进行滤波分析与判定算法处理，同时解调出各光纤法珀传感器信息，实现光纤法珀传感器的复用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江俊峰，刘铁根，尹金德，刘琨，王双，吴凡，秦尊琪，宋璐瑶，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：