[实用新型]一种基于光腔衰荡大范围高精度光纤光栅传感的装置

说明书

本实用新型涉及一种基于光腔衰荡大范围高精度光纤光栅传感的装置。包括LED宽带光源、信号发生器、2×1光纤耦合器、传输光纤、光纤延时线、环形器、光纤光栅FBG、边缘滤波器、光电探测器，光纤光栅、PC机以及示波器。本发明使用光纤环形腔衰荡(FLRD)技术。而宽带光源的光谱有一定的范围，当光纤光栅受外界参量影响，发生波长变换时，均能够产生有效的反射光。边缘滤波器能使得通过其之后的光强与光纤光栅的波长呈线性的一一对应关系，从而使得腔内的输出损耗与光纤光栅的波长呈线性关系。由于衰荡时间由腔内的损耗所决定，所以通过测量衰荡时间即可实现对作用在光纤光栅的参量进行有效测量，从而实现大范围、高精度的测量。

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及一种基于光腔衰荡大范围高精度光纤光栅传感的装置。

背景技术

光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)边缘滤波器或反射镜。在实际测量中，光纤光栅相当于在光纤内部形成一个窄带边缘滤波器，将特定中心波长的光反射回去，当受到外界物理量变化时，其有效折射率与栅格周期会发生变化，中心波长随之发生改变，通过检测其中心波长的偏移量即可测量外界物理量的变化。光纤光栅具有体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、极化不敏感、易于与光纤系统连接、便于使用和维护、带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性好、可与其他光纤器件融成一体等特性，而且光纤光栅制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，成本低，因此它具有良好的实用性，其优越性是其他许多器件无法替代的。这使得光纤光栅以及基于光纤光栅的器件成为光电传感的重要器件。

光纤环形腔衰荡(FLRD)技术是一种新的光纤传感技术。这种技术模仿了衰荡的概念，利用光多次经过待测物质，形成一个循环式的衰荡，然后将输出的光信号利用光电探测器转换成电信号，在示波器可以看到衰荡的脉冲曲线，通过检测脉冲曲线衰荡的时间，可以得到待测物质的信息。由于检测的是衰荡的时间，因此能避免光源波动对检测的影响。光纤环形腔由光纤耦合器和一段长光纤组成，待测样品置于环形腔内，通过测量衰减时间，可以算出待测参量的有关信息。与传统的光谱技术相比，该技术避免了光谱仪的使用，使得系统整体造价低，且响应时间短，可以在快速检测、线检测中具有很强的优势。光纤环形腔衰荡技术具有不受光源波动影响、响应速度快、灵敏度高、稳定性好等优点。经过近十年的发展研究，该技术逐渐趋于成熟，可应用于液体折射率、气体浓度、温度、应变等参量的测量。

基于光纤布拉格光栅(FiberBragg Grating，FBG)的FLRD传感系统也具有光纤环形腔衰荡(FLRD)技术的优点，传感系统的检测灵敏度与光脉冲在光纤环路中传播的往返次数成正比，且光纤环路可长达几公里，有利于远距传感检测；与直接测试光强衰减或者波长漂移不同，该传感系统对光源波动不敏感，因此也保证了精度。但该传感系统的测量范围并不大，无法满足一些测量的需求。

实用新型内容

为了克服上述光纤环形腔衰荡(FLRD)技术的传感系统不能大范围的测量的问题。本实用新型提出了一种结构简单、稳定性好并基于光腔衰荡大范围高精度光纤光栅传感的装置。

实用新型为解决技术问题采取的装置：

光腔衰荡大范围高精度光纤光栅传感装置包括：LED宽带光源、信号发生器、2×1光纤耦合器、传输光纤、光纤延时线、环形器、光纤光栅FBG、边缘滤波器、光电探测器，光纤光栅、PC机以及示波器。

2×1光纤耦合器包括第一耦合器和第二耦合器。