具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統的製作方法

2023-11-02 14:08:07

專利名稱：具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感技術。特別是涉及一種僅用線性響應光纖光柵，即能實現傳感又能實現解調，大大降低了光纖光柵傳感器解調系統的成本和複雜程度的具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統。
背景技術：
光纖和光纖光柵傳感器是近幾年高速發展的新型傳感器，光纖和光纖光柵傳感器可集信息的傳感與傳輸於一體，與傳統的傳感器相比它具有很多優勢如防爆，抗電磁幹擾，抗腐蝕，抗震動，耐高溫，體積小，重量輕，靈活方便，特別能在惡劣環境下使用。但由於光纖和光纖光柵傳感器的解調系統價格較貴，影響了它們的應用。
如電氣運行設備溫度在線監測是電網安全運行的重要工作，由於氣候、環境潮溼和空氣中氧化作用，以及施工或檢修工藝缺陷，使環網開關櫃設備接頭的接觸電阻逐漸變大，接頭表面發熱，造成接頭溫度增加的惡性循環。由於無法進行溫度監測，最後導致運行設備火災或接地短路事故。這是配電管理目前急需解決的實際問題之一。
光纖傳感中線性響應光纖光柵，不僅可以用來製作傳感頭，同時也可以用作傳感信號的解調。目前市場上使用的線性響光纖光柵多是啁啾光柵。按現行技術，有兩種製作方法可以製作這種光柵，一是用帶幅度調製的啁啾模板曝光，即在通常的用橫向寫入法製作光纖光柵的系統中，用相應的啁啾模板代替布拉格光柵模板進行曝光製作。二是用雙掃描裝置進行函數控制曝光，即對光束位置，模板位置和光敏光纖位置這三個參數中的兩個，進行函數控制曝光來進行光柵的製作。用啁啾模板代替布拉格光柵模板需要購置特殊的啁啾模板，製作的線性響應光纖光柵的工作波長，啁啾速率都受到啁啾模板的限制，如果要想在某一個工作波段內製作任意波長，任意啁啾速率，響應斜率和帶寬的啁啾光柵，就必須需要許多不同指標的啁啾模板，線性響應光纖光柵才能製作出滿足需要的線性響應光纖光柵，啁啾模板的價格十分昂貴，這對工業化生產帶來極大困難。用雙掃描裝置進行函數控制曝光，即對光束位置，模板位置和光敏光纖位置這三個參數中的兩個，進行函數控制曝光來進行光柵的製作的方法，需要製作精密控制的雙掃描系統。
如中國專利02151734.7所公開的是採用振幅掩模板對入射平行紫外光進行振幅調製後利用相位模板對光敏光纖進行掃描曝光，它在紫外光照射振幅模板前，先用擴束裝置對紫外光進行擴束，擴束後的紫外光經過振幅掩模板進行振幅調製，再用聚光裝置壓縮紫外光光斑，然後通過相位掩模板對光敏光纖進行掃描曝光。
中國專利02159585.2所公開的是把垂直入射的平行紫外光用振幅光柵衍射，然後用石英玻璃匯聚衍射光，匯聚衍射光通過相位模板對光敏光纖進行曝光。
中國專利CN02146019.1所公開的是用計算機同時控制準分子脈衝雷射器和固定著光闌的旋轉移動臺按事先設計的函數曲線帶動光闌轉動對光敏光纖曝光。
習知的技術存在的問題一是製作光纖光柵的儀器設備、啁啾模板價格昂貴；二是需要嚴格的相應防震系統，以保證光柵製作過程中機械方位的穩定性。除了成本造價外，以上所公開有技術還有一個共同的缺點它們只能實現所需曝光函數的階梯數字模擬，模擬函數的連續性的優劣會使光柵響應函數的產生有不同程度的誤差，三是複雜的附加條件給員工操作帶來困難，不利於工業化生產，四是光纖光柵解調系統的昂貴，不利於在價格較低的設備中安裝。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種僅用線性響應光纖光柵，即能實現傳感又能實現解調，大大降低了光纖光柵傳感器解調系統的成本和複雜程度的具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統。
本發明所採用的技術方案是一種具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統，包括有雷射器；與雷射器相連接的光耦合器；光耦合器的一路輸出光通過光電二極體與放大器的串聯進入除法器，光耦合器的另一路輸出光連接光環行器的輸入端，光環行器的第一個輸出端與做為傳感頭的線性響應光纖光柵相聯，另一個輸出端通過光電二極體與放大器的串聯進入除法器。
所述的雷射器的中心波長與線性響應光纖光柵的中心波長相同。
所述的線性響應光纖光柵是由紫外雷射器、可調狹縫板、互相垂直的柱透鏡、相位模板、光敏光纖依次設置構成，其中，紫外雷射器是139nm的氬離子雷射器或248nm的準分子雷射器中的一種。
本發明的具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統，製作線性響應光纖光柵的裝置結構簡單不需要昂貴的啁啾模板，不需要嚴格的防震設備，去除可調狹縫板就可以生產普通光纖光柵，四是操作簡單，適合於工業化生產。而具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統，不另外設置可調濾波器，而且，光源的影響由除法器消除。即能實現傳感又能實現解調，大大降低了光纖光柵溫度檢測系統的成本和複雜程度。


圖1是本發明的整體結構示意圖；圖2是製作線性響應光纖光柵裝置的結構示意圖；圖3是線性響應光纖光柵的示意圖；圖4是線性響應光纖光柵隨溫度變化的示意圖。
其中1紫外雷射器2狹縫板3雷射器4、5柱透鏡6相位模板 7光敏光纖8光耦合器 9光環行器10線性響應光纖光柵 11、14光電二極體12、15放大器 13除法器具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發明的具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統做出詳細說明。
如圖1所示，具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統，包括有波長穩定的雷射器3；與雷射器3相連接的光耦合器8；光耦合器8的一路輸出光通過光電二極體14與放大器15的串聯進入除法器13。即，由除法器13輸入到PC計算機輸出。
光耦合器8的另一路輸出光連接光環行器9的輸入端，光環行器9的第一個輸出端與做為傳感頭的線性響應光纖光柵10相聯，線性響應光纖光柵10採集的返回信號回到光環行器9，光環行器9的另一個輸出端通過光電二極體11與放大器12的串聯將線性響應光纖光柵10採集的返回信號送入除法器13。即，光電二極體11把線性響應光纖光柵10採集到的光信號變成電信號送到放大器12，經放大器12放大的電信號進入除法器13。其中，所述的雷射器3的中心波長與線性響應光纖光柵10的中心波長相同。
如圖2所示，製作線性響應光纖光柵的裝置，包括有紫外雷射器1，其紫外雷射器1可以是139nm的氬離子雷射器或248nm的準分子雷射器。由紫外雷射器1發出248納米或193納米的平行光通過狹縫板2，狹縫板2的縫寬度d1為可調，通過狹縫板2的紫外光經過兩個互相垂直的柱透鏡4、5匯聚成方形光斑，這兩個柱透鏡4、5具有完全相同的性能指標，它們都垂直於紫外光入射的方向。經過兩個互相垂直柱透鏡4、5匯聚的方形光斑再通過相位模板6對光敏光纖7進行曝光，從而得到線性響應光纖光柵10。
如圖4所示，圖中實線部分是在溫度為T0時，雷射器的波長在的A處，經線性響應光纖光柵10反射後的強度為P0，當外界溫度改變時，線性響應光纖光柵10將移動，圖中虛線部分，由於雷射器不隨溫度改變，通過線性響應光纖光柵10反射回來的光強度將改變為P1，通過電腦程式計算可以得到光強度為P1時的溫度T1。即根據布拉格光柵反射波長改變量與溫度的關係可得到溫度的變化量公式αΔT＝Δλβ/λβ或由光強度變化量與溫度的關係可得到溫度的變化量公式βΔT＝ΔP/P。
為了通過可靠性和精確度，去除光源變化引起的影響，信號光與光源的光同時進入除法器處理。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作任何簡單修改、等同變化和修飾，均屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統，其特徵在於，包括有雷射器(3)；與雷射器(3)相連接的光耦合器(8)；光耦合器(8)的一路輸出光通過光電二極體(14)與放大器(15)的串聯進入除法器(13)，光耦合器(8)的另一路輸出光連接光環行器(9)的輸入端，光環行器(9)的第一個輸出端與做為傳感頭的線性響應光纖光柵(10)相聯，另一個輸出端通過光電二極體(11)與放大器(12)的串聯進入除法器(13)。
2.根據權利要求1所述的具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統，其特徵在於，所述的雷射器(3)的中心波長與線性響應光纖光柵(10)的中心波長相同。
3.根據權利要求1所述的具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統，其特徵在於，所述的線性響應光纖光柵(10)是由紫外雷射器(1)、可調狹縫板(2)、互相垂直的柱透鏡(4、5)、相位模板(6)、光敏光纖(7)依次設置構成，其中，紫外雷射器(1)是139nm的氬離子雷射器或248nm的準分子雷射器中的一種。
全文摘要
本發明公開一種具有採集和解調信號的線性響應光纖光柵溫度檢測系統，包括有雷射器；與雷射器相連接的光耦合器；光耦合器的一路輸出光通過光電二極體與放大器的串聯進入除法器，光耦合器的另一路輸出光連接光環行器的輸入端，光環行器的第一個輸出端與做為傳感頭的線性響應光纖光柵相聯，另一個輸出端通過光電二極體與放大器的串聯進入除法器。雷射器的中心波長與線性響應光纖光柵的中心波長相同。製作線性響應光纖光柵的紫外雷射器是139nm的氬離子雷射器或248nm的準分子雷射器中的一種。本發明，不另外設置可調濾波器，而且，光源的影響由除法器消除。既能實現傳感又能實現解調，大大降低了光纖光柵溫度檢測系統的成本和複雜程度。
文檔編號G01D5/353GK1916676SQ200610015580
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月4日 優先權日2006年9月4日
發明者董蘇姍, 郭轉運, 孟凡勇 申請人:天津愛天光電子科技有限公司