[发明专利]一种光纤复合腔激光器反馈效应传感器及其专用解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器领域，具体为一种光纤复合腔激光器反馈效应传感器及其专用解调方法。

背景技术

分布反馈式/分布布拉格反射式(DFB/DBR)光纤激光器传感器由于其具有高性能和体积小等优点而倍受关注，广泛的应用于振动、温度、声音传感。这些传感器的解调方法主要通过张治国、张民、叶培大于2006年8月在《中国激光》第八期上发表《基于线型腔拉曼光纤激光器的长距离光纤布拉格光栅传感》提出的光谱分析仪、刘仁柱、甄胜来、曹志刚、俞本立于2007在全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议上发表的《光纤环形腔激光器型微振动传感器》提出的分析相位载波(PGC)方法或者通过兰玉文、刘波、罗建花于2009年3月在《光学学报》发表的《基于分布布拉格反射光纤激光器的压力传感器》阐述的观察激光器的拍频来实现的。

DFB/DBR光纤激光器传感器有两种传感原理，一种是光纤激光器只作为窄带光源，干涉仪的一臂为传感头，这种传感器由于性能优良、使用寿命长而被广泛应用，但是解调方法如PGC方法比较复杂；另一种是激光器本身直接作为传感头，用PGC或测量拍频的方法解调，而这种方法对传感头的封装依赖较高，目前的封装技术还不能达到要求。专利“基于超短腔光纤加速度传感器”(中国专利号：CN101261281A，公开日2008/09/10)公开了一种基于超短腔光纤激光器的光纤加速度传感器。该传感器将激光器粘在悬臂梁表面，通过悬臂梁应力的改变使光纤激光器的光栅布拉格反射波长发生改变，其解调成本昂贵，不利于大规模生产应用。

发明内容

本发明目的是提出一种用于振动、声音、压力等信号传感的探测用光纤复合腔激光器反馈效应传感器。本发明的目的还在于提出一种光纤复合腔激光器反馈效应传感器专用的解调方法。

本发明的目的是这样实现的：

980nm的泵浦光源连接波分复用器的一端，波分复用器的公共端与复合腔光纤激光器的一端连接形成复合腔激光器整体部分，复合腔光纤激光器另一端接单模光纤，单模光纤末端缠绕在硅橡胶柱体上构成传感探头，波分复用器第三端连接隔离器的一端，隔离器另一端连接由计算机控制的光电探测器。硅橡胶柱体直径范围为3cm-6cm。

传感探头采用反馈效应的方法进行解调，具体步骤如下：

(1)信号作用于传感探头，单模光纤中反馈的光随着信号进行变化。

(2)信号采集系统采集时域信号。

(3)对时域信号进行快速傅里叶变换，转换为频域信号。

(4)频域信号的频值和强度随待测信号的频值和强度的波动生变化进行解调。

本发明的有益效果在于：本发明用光弹效应的弱反馈作用实现解调，解调方法简单易行；传感探头由单模光纤与硅胶柱体构成，制作简单、价格低廉；传感探头与激光器和探测部分由长度可调的单模光纤连接可以根据实际需要分开放置，较易控制。

附图说明

图1为本发明系统原理图；

图2为复合腔光纤激光器放大图；

图3为系统实验时域图；

图4为系统实验频域图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明：

980nm泵浦光源3输出的980nm泵浦光进入波分复用器WDM4的980nm端，WDM的公共端与复合腔光纤激光器CCFL5相连，将CCFL进行封装防止外界信号对整个传感系统的影响，CCFL另一端与实际需要长度的单模光纤焊接在一起，单模光纤尾端缠绕在硅胶柱体上作为传感头8，硅胶柱体的尺寸随外界应变变化，直径取使缠绕在其表面的光纤环的损耗可以忽略时的值，本实施例中取直径为3cm，CCFL与传感头间的一段单模光纤进行封装，避免外界信号对其干扰，光纤中返回的1550nm的光经过WDM的1550nm端进入光隔离器6，由光电探测器7探测，探测到的信号进入计算机进行处理。当外界变化作用于传感头时，光纤中的反馈由于光弹效应而发生变化，CCFL输出1550nm的光强发生改变，由光电探测器PD探测传感信号。信号作用于传感头上，单模光纤中反馈回去的光会随着信号的变化而有对应的变化，采用信号采集系统采集时域信号如图3所示，时域信号是信号强度随时间变化的，对时域信号进行快速傅里叶变换，得到频域信号如图4所示，在所加信号频率值处，得到一个高出本底噪声的峰值，随着所加信号的变化，峰值的大小和对应的频率会和所加信号一一对应，从而达到解调信号的目的，实现复合腔激光器振动传感器的解调。