[发明专利]光传感器、传感器装置及用于进行感测的方法

说明书

多种技术提供了一种光传感器，具有：光源；光栅装置，光耦合到光源以从光源接收源光信号，光栅装置包括具有定义的光谱轮廓的啁啾FBG，其中，作为对与啁啾FBG相互作用的至少一个参数的第一改变的响应，定义的光谱轮廓相对于参考光谱轮廓在第一方向上偏移，并且光栅装置被配置为，作为对定义的光谱轮廓相对于参考光谱轮廓在第一方向上偏移的响应，生成与第一改变对应的第一输出光信号，并且其中，作为对与啁啾FBG相互作用的至少一个参数的第二改变的响应，定义的光谱轮廓相对于参考光谱轮廓在第二方向上偏移，并且光栅装置被配置为，作为对定义的光谱轮廓相对于参考光谱轮廓在第二方向上偏移的响应，生成与第二改变对应的第二输出光信号。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月16日递交的美国专利申请No.15/923,609的权益，其内容由此出于所有目的通过引用整体并入。

技术领域

本文公开的多种技术涉及光传感器、传感器装置及用于进行感测的方法。

背景技术

光纤布拉格光栅(FBG)传感器用于多种应用，范围从复合材料的损伤检测到动态结构应变监测，再到建筑产业的长期应变监测。FBG还用作温度传感器、压力传感器等，具有很高的测量精度。尽管FBG传感器具有很高的灵敏度和准确性，但是其应用受到限制。FBG面临的最真正的问题是其解调(interrogation)系统(其为光谱分析仪(OSA))的体积和成本。这些问题限制了FBG的应用领域。

已经提出了排除OSA的若干种FBG解调设计，但是它们只是部分地有前途的。已经证明了将匹配滤波器解调用于应变测量。相同的光栅在该系统中被用作陷波滤波器。这些陷波滤波器被安装在由压电(PZ)堆叠驱动的小型拉伸设备上，这使这种技术复杂化，并且将应变测量范围限制为±200με。需要机械应变放大来扩大测量范围，这使系统更加复杂。也已经开发出使用可调谐的法布里-珀罗波长滤波器的FBG解调系统。同样，将压电换能器用于调整法布里-珀罗波长滤波器中的腔间距。它使系统复杂化，并且依赖于诸如压电换能器的电气组件的性能。此外，已经证明了使用商用红外高通滤波器的无源波长解调系统。这种系统的分辨率非常差(大约400με)。另一种已知的系统采用非对称光栅作为线性感测结构的波长-幅度转换器。很难制造这种技术中使用的非对称光栅。在另一种低成本的FBG解调系统中，已经将长周期光栅(LPG)用作将应变引起的波长变化转换为光强度测量结果的边缘滤波器。LPG对外部扰动(例如，温度、应变等)极为敏感，这使得这种解调系统不适用于外部应用。而且，LPG以其对周围介质的折射率的非常高的灵敏度而闻名。

还存在一种使用紫外线引起的光纤双折射的FBG解调方法。为了解调FBG中的波长偏移，解调器使用依赖于波长的来自啁啾光纤光栅的反射光的波长行程长度。这种方法需要其他的一些昂贵的光学组件，并且这种解调器的范围非常有限(最高只有3000με)。使用啁啾FBG作为解调器的经复用的布拉格光栅传感器配置也是已知的。这种设计因为采用掺铒的光纤放大器、RF发生器、鉴相器等而复杂且昂贵。在另一种复杂的FBG解调技术中，提供了一种基于萨尼亚克环的啁啾光纤光栅。尽管所声称的分辨率很好(大约±5με)，但应变测量范围却非常有限(大约±250με)。也已经提出了一种使用相同的啁啾FBG的解调技术，对于应变感测具有5με的分辨率。在这种技术中，应变测量范围可以高达10000με，但只能测量一个方向(拉伸或压缩)的应变，这限制了这种设计的应用。

发明内容

在独立权利要求中对本发明进行限定。在从属权利要求中对本发明的另外的实施例进行限定。