定位型光纖光柵傳感裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖光柵傳感裝置，尤其涉及一種雙向定位型光纖光柵傳感裝置。
【背景技術】
[0002]光纖光柵傳感器由于其結(jié)構(gòu)簡單，探測距離長，不受電磁干擾等特點，已成為近年來國內(nèi)外的研宄熱點。光纖光柵傳感器是國防、石油管線、電力等領域迫切需求的技術，該技術可以用來實時監(jiān)測現(xiàn)場的溫度、壓力、應力等參數(shù)的情況。光纖光柵是一種通過一定方法使光纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形成的衍射光柵，是一種無源濾波器件。由于光柵光纖具有體積小、熔接損耗小、全兼容于光纖、能埋入智能材料等優(yōu)點，并且其諧振波長對溫度、應變、折射率、濃度等外界環(huán)境的變化比較敏感，因此在光纖通信和傳感領域得到了廣泛的應用。
[0003]光纖光柵傳感裝置中，傳感器的定位一直是光纖傳感網(wǎng)絡的技術難點?，F(xiàn)有的技術是采用光時域反射技術(OTDR)和波長調(diào)制技術相結(jié)合的方法實現(xiàn)光纖傳感傳感器的傳感和定位。采用波長調(diào)制技術實現(xiàn)光纖光柵傳感器對外界參數(shù)的測量，采用光時域反射技術實現(xiàn)對光纖光柵傳感器的定位。但是，光時域反射技術(OTDR)的實現(xiàn)，需要復雜并且昂貴的脈沖調(diào)制器、函數(shù)驅(qū)動器等組成的控制電路支撐，整個系統(tǒng)成本很高，價格昂貴，適用于高端應用場合，大大限制了光纖光柵傳感裝置的推廣應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是實現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)精簡、系統(tǒng)成本較低的光纖光柵進行定位傳感裝置。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:定位型光纖光柵傳感裝置，激光器發(fā)出光信號至分光器，所述的分光器將光信號等分成兩路光分別輸送至環(huán)形器a和環(huán)形器b，所述的環(huán)形器a和環(huán)形器b輸出端連接光纖光柵傳感器的兩端，所述環(huán)形器a的返回端口經(jīng)光電探測器a連接數(shù)據(jù)采集器，所述環(huán)形器b的返回端口經(jīng)光電探測器b連接數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器經(jīng)數(shù)據(jù)處理器連接計算機。
[0006]本發(fā)明在增加很少的硬件的前提下可以實現(xiàn)對光纖光柵傳感器進行定位，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，總體成本較低，并且采用高速數(shù)據(jù)采集芯片和專用FPGA數(shù)據(jù)處理芯片，提高了光纖傳感系統(tǒng)的響應速度。
【附圖說明】
[0007]下面對本發(fā)明說明書中每幅附圖表達的內(nèi)容作簡要說明:
[0008]圖1為定位型光纖光柵傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為定位型光纖光柵傳感裝置的定位原理圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所示，定位型光纖光柵傳感裝置包括激光器1、分光器2、環(huán)形器、光纖光柵傳感器5、光電探測器、數(shù)據(jù)采集器8、數(shù)據(jù)處理器9、計算機10。其中計算機10和光纖光柵傳感器5是外圍設備，其他設備是封閉在一個箱體內(nèi)，計算機10通過數(shù)據(jù)通信接口和數(shù)據(jù)處理器9進行通信讀取內(nèi)部數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)顯示在圖形界面上。下面對各個部件詳細說明:
[0011]激光器1，采用可調(diào)諧激光器1，實現(xiàn)一定波長范圍內(nèi)的掃描；
[0012]光分器2，用于將激光器I輸出的光信號分成兩路，兩路光的分光比為1:1 ；
[0013]環(huán)形器，采用光纖環(huán)形器，用于將光纖中返回的光柵反射光分離出來，輸出給光電探測器；
[0014]光電探測器，采用高靈敏度APD雪崩二極管來探測激光，將光信號轉(zhuǎn)換電信號；
[0015]數(shù)據(jù)采集器8，采用高速數(shù)據(jù)采集芯片，運行速度為100Mb/S ；
[0016]數(shù)據(jù)處理器9，采用高速FPGA處理芯片，實現(xiàn)對后向散射光進行分析和處理；
[0017]計算機10，采用工業(yè)級計算機10，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和展示。
[0018]激光器I為可調(diào)諧光源具有波長勻速線性掃描特性，通過設置可調(diào)諧光源的波長掃描順序，分別從短波掃描到長波，輸出波長范圍為1525nm-1565nm的激光信號，激光器I輸出的光信號被光分器2分成均等的兩路光，兩路光分別經(jīng)過兩個光纖環(huán)形器的輸入端口輸入到光纖光柵傳感段。其中環(huán)形器a3從光纖光柵傳感段的一端輸入，環(huán)形器b4從光纖光柵傳感段的另一端輸入，從環(huán)形器a3輸出的光信號經(jīng)由光纖光柵傳感器5反射回到環(huán)形器a3，并由環(huán)形器a3的返回端口輸送到光電探測器a7，同理，從環(huán)形器b4輸出的光信號經(jīng)由光纖光柵傳感器5反射回到環(huán)形器b4，并由環(huán)形器b4的返回端口輸送到光電探測器b6，則通過計算光被同一個光纖光柵反射后到達光電探測器a7和光電探測器b6的時間差就可以計算出該光纖光柵傳感器5距離探測器的距離。
[0019]如圖2所示，設光纖光柵傳感段的總長度為L，某一光纖光柵傳感器5距離探測器的距離為X1，該傳感器距離光纖光柵傳感末端的距離為\，則有
[0020]X2=L-X1(I)
[0021]光在光纖中的傳輸速度為V，則可得
[0022]V^t1=X1(2)
[0023]V.t2= L+X 2(3)
[0024]將公式(3)減去公式⑵得到
[0025]V = L+X 2-X1(4)
[0026]將X2= L-X η I^t1 = A t帶入公式⑷得:
[0027]V.Δ t = L+L-XfX!= 2L-2X !(5)
[0028]因此，從公式(5)可得光柵傳感器距離探測器的距離\為:
[0029]X1= (2L-V.Δ t)/2(6)
[0030]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.定位型光纖光柵傳感裝置，其特征在于:激光器發(fā)出光信號至分光器，所述的分光器將光信號等分成兩路光分別輸送至環(huán)形器a和環(huán)形器b，所述的環(huán)形器a和環(huán)形器b輸出端連接光纖光柵傳感器的兩端，所述環(huán)形器a的返回端口經(jīng)光電探測器a連接數(shù)據(jù)采集器，所述環(huán)形器b的返回端口經(jīng)光電探測器b連接數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器經(jīng)數(shù)據(jù)處理器連接計算機。
2.定位型光纖光柵傳感裝置的控制方法，其特征在于: 光纖光柵傳感距離探測器的距離為X1; 則 X1= (2L-V.At)/2； 其中L為光纖光柵傳感段的總長度； V為光在光纖中的傳輸速度； Δt為光纖光柵傳感反射的光到達探測器a和探測器b的時間差。
3.根據(jù)權利要求2所述的定位型光纖光柵傳感裝置的控制方法，其特征在于:所述的激光器以掃描的方式輸出1525nm_1565nm波長范圍的激光信號。
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種定位型光纖光柵傳感裝置，激光器發(fā)出光信號至分光器，所述的分光器將光信號等分成兩路光分別輸送至環(huán)形器a和環(huán)形器b，所述的環(huán)形器a和環(huán)形器b輸出端連接光纖光柵傳感器的兩端，所述環(huán)形器a的返回端口經(jīng)光電探測器a連接數(shù)據(jù)采集器，所述環(huán)形器b的返回端口經(jīng)光電探測器b連接數(shù)據(jù)采集器，所述數(shù)據(jù)采集器經(jīng)數(shù)據(jù)處理器連接計算機。該裝置采用高速AD采集芯片和專用的數(shù)據(jù)處理FPGA芯片來做數(shù)據(jù)采集和處理，提高了光纖傳感系統(tǒng)的響應速度。利用本方法，在增加很少的硬件的前提下可以實現(xiàn)對光纖光柵傳感器進行定位。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)總體成本較低。
【IPC分類】G01D5-353
【公開號】CN104748772
【申請?zhí)枴緾N201510185790
【發(fā)明人】周正仙, 余瑞蘭, 袁揚勝, 杜友武, 吳朝輝, 盛曉偉, 張開拓, 劉沖沖, 周瑞
【申請人】安徽師范大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月17日