專利名稱：基于強度檢測差分解調(diào)的HiBi-PCF-FLM應(yīng)力傳感器及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于強度監(jiān)測差分解調(diào)的高雙折射光子 晶體光纖環(huán)鏡(fiber loop mirrors made of highly birefringent photonic crystal fiber, HiBi-PCF-FLM)應(yīng)力傳感器。
背景技術(shù)：
高雙折身寸光纖環(huán)鏡(fiber loop mirrors made of highly birefringent fiber， HiBi-FLM)傳感器是近年來發(fā)展的一類新型光纖器件。目前，因其具有輸入偏振無關(guān)、高消 光比和低成本等優(yōu)點，HiBi-FLM已被應(yīng)用于波分復(fù)用濾波器和傳感器中。然而，HiBi-FLM 在測量應(yīng)力或其它物理量時，對溫度的交叉敏感限制了 HiBi-FLM傳感器的廣泛應(yīng)用。光 子晶體光纖(photonic crystal fiber，PCF)是一種具有優(yōu)良光學(xué)特性的新型光纖。通 過在FLM中插入具有溫度不敏感特性的高雙折射光子晶體光纖(highly birefringent photonic crystal fiber, HiBi-PCF)可以有效消除傳感器對溫度的交叉敏感。然而，目前報道的大部分HiBi-FLM傳感器是基于波長監(jiān)測來實現(xiàn)傳感的，因此系 統(tǒng)需要昂貴的波長檢測設(shè)備，使得傳感系統(tǒng)成本較高、限制了此類傳感器的應(yīng)用。針對上 述問題，我們提出了兩類基于強度解調(diào)的HiBi-FLM傳感器(專利ZL200920291754. 1和 ZL200920202121. 9)?；趶姸冉庹{(diào)的HiBi-FLM傳感器同樣會遇到光源抖動及傳感系統(tǒng)各 種不穩(wěn)定因素所帶來的干擾問題，影響測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中HiBi-PCF-FLM傳感器解調(diào)單元精度不高的 問題，提供了一種基于強度檢測差分解調(diào)的HiBi-PCF-FLM溫度傳感器，此解調(diào)方案可以有 效消除光源抖動及傳感系統(tǒng)中不穩(wěn)定因素所帶來的干擾。本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案基于強度檢測差分解調(diào)的HiBi-PCF-FLM應(yīng)力傳感器包括寬帶光源、3dB耦合器、 HiBi-PCF、波分復(fù)用器、光電轉(zhuǎn)換器及信號處理單元。3dB耦合器一邊的兩個端口分別與寬帶光源、波分復(fù)用器的入射端光連接，3dB耦 合器另一邊的兩個端口分別與HiBi-PCF的兩端光連接；波分復(fù)用器的第5信道和第16 信道為兩個出射端口與光電轉(zhuǎn)換器及信號處理單元光連接。3dB耦合器和HiBi-PCF構(gòu)成 HiBi-PCF-FLM, HiBi-PCF-FLM是傳感元；波分復(fù)用器、光電轉(zhuǎn)換器及信號處理單元構(gòu)成光 纖傳感器的解調(diào)器。本發(fā)明所具有的有益效果為1.以HiBi-PCF-FLM為傳感元，可以有效消除傳感元對溫度的交叉敏感。2.波分復(fù)用器同時提供兩個用于差分處理的光強度信號并將光強度信號有效地 分開。由于這兩個光強度信號分別落在HiBi-PCF-FLM的正斜率區(qū)和負(fù)斜率區(qū)，因而它們的變化趨勢相反，有利于成倍提高傳感系統(tǒng)的靈敏度。3.光電轉(zhuǎn)換及信號處理單元把光強信號轉(zhuǎn)化為電壓信號并進(jìn)行快速差分處理。兩 個光強信號在系統(tǒng)中經(jīng)過相同的路徑，因此差分后的結(jié)果能有效消除光源抖動及傳感系統(tǒng) 各種不穩(wěn)定因素所帶來的干擾。4.本發(fā)明中解調(diào)系統(tǒng)的使用，避免了昂貴的光譜儀等波長監(jiān)測設(shè)備的使用，大大 降低了傳感器成本。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述。如圖1所示，基于強度檢測差分解調(diào)的HiBi-PCF-FLM應(yīng)力傳感器及裝置，包括寬 帶光源l、3dB耦合器2、HiBi-PCF3、HiBi-PCF-FLM4、波分復(fù)用器5、光電轉(zhuǎn)換及信號處理單 元6。3dB耦合器2 —邊的一個端口與寬帶光源1光連接，3dB耦合器2 —邊的另一個端口 與波分復(fù)用器5的入射端光連接，波分復(fù)用器5的第5信道和第16信道為兩個出射端口與 光電轉(zhuǎn)換及信號處理單元6光連接，3dB耦合器2另一邊的兩個端口分別與HiBi-PCF3的兩 端光連接；3dB耦合器2和HiBi-PCF3構(gòu)成HiBi_PCF_FLM4。本實施方式的工作方式為寬帶光源發(fā)出的光入射到傳感元HiBi-PCF-FLMJ^a 傳感元HiBi-PCF-FLM的作用，傳感元HiBi-FLM的透射光入射到波分復(fù)用器，波分復(fù)用器的 出射光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換及信號處理單元。當(dāng)HiBi-PCF的長度為79. 5mm時，HiBi-PCF-FLM兩 相鄰?fù)干浞宓牟ㄩL間隔為定值35. 6nm。通過選擇波分復(fù)用器的規(guī)格和通信信道，使波分復(fù) 用器出射的兩部分波長分別落在HiBi-PCF-FLM的正斜率區(qū)和負(fù)斜率區(qū)。應(yīng)力的改變會引 起傳感元HiBi-PCF-FLM透射譜的左右平移，從而引起兩部分波長的光強發(fā)生的變化且變 化趨勢相反。光強信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡妷盒盘朧l和V2，引入差分量，AV= (V1-V2)/ (V1+V2)。Vl和V2是光源經(jīng)同一路徑到監(jiān)測設(shè)備，Vl和V2中可能包含光源抖動以及系統(tǒng) 其它不穩(wěn)定因素帶來的噪聲干擾，差分處理后，Δ V僅與應(yīng)力信號有關(guān)，而與噪聲信號無關(guān)， 該裝置正是通過Δ V來反映傳感元HiBi-PCF-FLM應(yīng)力的變化。當(dāng)光源功率變化士 10%時， 利用差分解調(diào)原理測得的溫度相對誤差約為0. 5%，測量精度達(dá)99%。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)消除噪聲、提高精度的關(guān)鍵技術(shù)為1.利用波分復(fù)用器將特定波長的光提取出來，這樣就可以通過監(jiān)測特定波長的光 強度檢測應(yīng)力，避免使用價格昂貴的波長監(jiān)測設(shè)備。2. HiBi-PCF的長度與波分復(fù)用器的規(guī)格和通信信道相匹配，使被監(jiān)測的兩部分波 長的光強變化趨勢相反，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行信號差分處理，可以成倍地提高了傳感系統(tǒng)的靈敏度。3.在信號處理單元引入差分運算AV= (V1_V2)/(V1+V2、)。本實施例中HiBi-PCF，在波長為1550nm時折射率差為8. 5 X 10_4，兩個正交偏振模 場直徑為3.6 μ m和3. 1 μ m。波分復(fù)用器為AWG型波分復(fù)用器，其信道數(shù)為16、信道間隔為 1. 6nm、起始信道波長為1560. 61nm、單信道0. 5dB帶寬為0. 5nm ；選用第5信道和第16信道作為兩個出射端口，它們的中心波長分別為1552.61nm和1535. Olnm。
權(quán)利要求
1.基于強度檢測差分解調(diào)的HiBi-PCF-FLM應(yīng)力傳感器包括寬帶光源、3dB耦合器、 HiBi-PCF、波分復(fù)用器、光電轉(zhuǎn)換器及信號處理單元。3dB耦合器一邊的兩個端口分別與寬帶光源、波分復(fù)用器的入射端光連接，3dB耦合 器另一邊的兩個端口分別與HiBi-PCF的兩端光連接，波分復(fù)用器的第5信道和第16信 道為兩個出射端口與光電轉(zhuǎn)換器及信號處理單元光連接。3dB耦合器和HiBi-PCF構(gòu)成 HiBi-PCF-FLM, HiBi-PCF-FLM是傳感元；波分復(fù)用器、光電轉(zhuǎn)換器及信號處理單元構(gòu)成光 纖傳感器的解調(diào)器。
2.如權(quán)利要求1所述的HiBi-PCF，其特征在于具有溫度不敏感特性，消除了傳感元對 溫度的交叉敏感。
3.如權(quán)利要求1所述的波分復(fù)用器，其特征在于將某些特定波長的光提取出來，這樣 就可以通過監(jiān)測特定波長的光強檢測應(yīng)力，避免使用價格昂貴的波長監(jiān)測設(shè)備。
4.如權(quán)利要求1所述的波分復(fù)用器，其特征在于波分復(fù)用器提取的兩個光強度信號分 別落在HiBi-PCF-FLM的正斜率區(qū)和負(fù)斜率區(qū)，因而它們的變化趨勢相反，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行 信號差分處理，可以成倍地提高了傳感系統(tǒng)的靈敏度。
5.如權(quán)利要求1所述的波分復(fù)用器，其特征在于同時提供兩個光強信號，并將這兩個 光強信號有效地分開。
6.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換及信號處理單元，其特征在于把光強信號轉(zhuǎn)化為電壓 信號并進(jìn)行快速差分處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于強度檢測差分解調(diào)的HiBi-PCF-FLM應(yīng)力傳感器及裝置。本發(fā)明中3dB耦合器一邊的兩個端口分別與寬帶光源、波分復(fù)用器的入射端光連接，3dB耦合器另一邊的兩個端口分別與HiBi-PCF的兩端光連接；波分復(fù)用器的第5信道和第16信道為兩個出射端口與光電轉(zhuǎn)換器及信號處理單元光連接。3dB耦合器和HiBi-PCF構(gòu)成HiBi-PCF-FLM，HiBi-PCF-FLM是傳感元；波分復(fù)用器、光電轉(zhuǎn)換器及信號處理單元構(gòu)成光纖傳感器的解調(diào)器。本發(fā)明有效消除光源抖動及傳感系統(tǒng)各種不穩(wěn)定因素所帶來的干擾，而且大大提高了系統(tǒng)的精度。
文檔編號G01L1/24GK102095536SQ20101055378
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者王云鵬, 裘燕青, 趙春柳, 金尚忠, 錢文文 申請人:中國計量學(xué)院