專利名稱：一種光纖光柵傳感器解調儀的制作方法
技術領域：
一種光纖光柵傳感器解調儀
(一) 技術領域
本實用新型涉及一種傳感器，特別是一種光纖光柵傳感器解調儀。
(二)
背景技術：
在光纖傳感器領域，光纖光柵傳感器的應用前景十分廣闊。由于光纖光 柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸小(標準裸光纖為125um)、重量輕、耐溫性 好(工作溫度上限可達40(TC-60(TC)、復用能力強、傳輸距離遠(傳感器到 解調端可達幾公里)、耐腐蝕、高靈敏度、無源器件、易形變等優點，早在1988 年就成功地在航空、航天領域中作為有效的無損檢測技術，同時光纖光柵傳 感器還可應用于化學醫藥、材料工業、水利電力、船舶、煤礦等各個領域， 還在土木工程領域(如建筑物、橋梁、水壩、管線、隧道、容器、高速公路、 機場跑道等)的混凝土組件和結構中，測定其結構的完整性和內部應變狀態， 從而建立靈巧結構，并進一步實現智能建筑。
光纖光柵傳感器的研究方向主要有三個方面 一是對傳感器本身及能進 行橫向應變感測和高靈敏度、高分辨率、且能同時感測應變和溫度變化的傳 感器研究；二是對光柵反射信號或透射信號分析和測試系統的研究，目標 是開發低成本、小型化、可靠且靈敏的探測技術；三是光纖光柵傳感器的實 際應用研究，包括封裝技術、溫度補償技術、傳感器網絡技術。
目前，光纖光柵的解調方法有幾種
a) 光譜儀和多波長計
在光纖光柵傳感器系統中，對波長位移直接的檢測方法是利用寬帶光 源(如發光二極管LED)，輸入光纖光柵，再利用光譜儀(或多波長計)檢測 輸出的AXB，該法結構簡單，具有可攜帶性，經久耐用且易于使用和自動 測試等特點，常用于實驗室。
b) 邊緣濾波器基于寬帶或邊緣濾波器的線性解調原理，該系統利用體積光學線性邊緣 濾波器對應變場進行測量，由于該解調方案使用了兩個不平衡的濾波器，又 稱為分束非平衡濾波法。 C)可調諧濾波器
利用掃描光濾波器，如可調諧Fabry-Perot (TEP)，聲光可調諧濾波器 (A0TF)和基于Bragg光柵的濾波器等，可跟蹤傳感光柵的波長變化。 (1)可調諧波長的光纖Fabry-Perot (TEP)濾波器(2)可調諧光纖Bragg 光柵濾波器(3)聲-光可調諧濾波器(4)可調諧半導體量子陷阱電子吸 收濾波器
d) 波長可調諧光源
可調諧窄帶光源的調諧原理是窄帶可調諧光輸入光纖光柵，并周期性地
掃描起輸出波長以獲取光纖內光柵的反射撲(或透射譜)，由于每次掃描反 射光最強的掃描電壓可知相應的波長值。
e) CCD分光儀
利用衍射光柵等分光元件，將傳感光柵的反射譜(或透射譜)經透鏡準 直后在空間展開，再用CCD同時直接測出各波長的相對光強。CCD分光法的 優點是響應時間快，抗干擾能力強。不足之處是，對波長的分辨率的影響因 素較多。
f) 光纖Fourier變換光譜法
g) 干涉儀
以上幾種方法所生產的光纖光柵解調儀價格都比較昂貴。需要提出一種 新的方法，就是利用低成本的分布反饋式半導體激光器做為可調諧光源，利 用控制溫度的方法來改變分布反饋式半導體激光器的波長來進行掃描，以便 對光纖光柵溫度傳感器進行檢測，達到解調光纖光柵傳感器的波長的作用， 并且利用應用軟件把光纖光柵溫度傳感器波長變化轉換成應力，應變，溫度， 壓力，振動等物理量的變化。由于分布反饋式半導體激光器的成本比較低廉， 依據本儀器所生產的光纖光柵傳感器解調儀具有成本低，精度高，功率大， 不需要外置寬帶光源等優點。分布反饋式半導體激光器的輸出波長帶寬小于 等于lnm，輸出光的功率精細結構類似于一個高斯或準高斯分布。這就為我 們的可調諧激光光源提供了一個很精密的尺度，可以對掃描范圍內的波長進 行精密細分。分布反饋式半導體激光器的溫度控制可由一個專用的溫度控制 芯片來實現，也可以由分立的電子元件和專用的集成電路來實現，采用專用的溫度控制芯片可以達到較高的溫度控制精度，而分立的電子元件和專用的 集成電路來實現則溫度精度要低一些。分布反饋式半導體激光器的溫度變化
的實現是由內嵌式的半導體制冷器來實現，如從0到100度的溫度變化就是
由內嵌式的半導體制冷器加熱或制冷來實現的。分布反饋式半導體激光器的 溫度檢測也是由激光器內嵌式的溫度傳感器來實現的。由于分布反饋式半導 體激光器溫度的變化及溫度的傳感都是由激光器內部的器件來實現的，分布 反饋式半導體激光器的輸出功率是幾毫瓦到幾百毫瓦，即使在只有幾毫瓦的 輸出功率下，相對于寬帶光源比較而言，它的輸出功率密度是很高的，分布 反饋式半導體激光器的輸出功率密度是普通寬帶光源的輸出功率的幾十倍 甚至上千倍。
目前限制光纖光柵傳感器應用的最主要障礙是傳感信號的解調，正在研 究的解調方法很多，但能夠實際應用的解調產品并不多，而且價格較高。其
次，光纖光柵傳感器應用中的其他問題也非常重要，如1、由于寬帶光源 的功率有限，再加上光纖的插入損耗，光纖光柵傳感器傳感信號的傳輸距離和因此 可復用光柵的數目受到限制；2、抗干擾的能力底.如何降低光纖光柵傳感器 的解調儀系數的成本，提高光源的輸出功率，增加光纖光柵傳感器光纖光柵 傳感器傳感信號的傳輸距離,增加系統抗干擾的能力；3、如何實現長距離、高精 度、快速實時測量。有效地解決上述問題對于實現廉價、穩定、高分辨率、 長距離、大測量范圍、多光柵復用的傳感系統具有重要意義，這些都有待發 展。
發明內容
本實用新型的目的是針對上述問題提供一種光纖光柵傳感器解調儀。 本實用新型的技術方案包括分布反饋式半導體激光器、溫度控制器、
電流控制器、單片機、光電探測器、運算放大器、A/D轉換器、PC機、光纖
耦合器、光纖光柵傳感器以及控制軟件，數據傳輸和數據處理軟件，數據顯
示軟件；其特征在于連接方式為溫度控制器輸出端連接分布反饋式半導體
激光器的溫度控制輸入端，電流控制器輸出端連接分布反饋式半導體激光器 的電流驅動輸入端，單片機的控制輸出端連接溫度控制器輸入端和電流控制器的輸入端；分布反饋式半導體激光器的輸出端連接光纖光柵傳感器的一 端，光纖光柵傳感器的另一端連接光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出 端連接運算放大器的輸入端，運算放大器的輸出端連接A/D轉換器的輸入 端，A/D轉換器的輸出端連接單片機的數據輸入端，單片機的數據輸出端連 接計算機的輸入端，計算機進行數據處理并顯示結果。
—L述所述的光纖光柵傳感器可以為光纖光柵傳感器陣列 上述所述的分布反饋式半導體.4j光纖光柵傳感器之間可以通過加入光 纖耦合器連接。
上述所述的光纖耦合器可以為2x2光纖耦合器或1 x 2光纖耦合器。 本實用新型的有益效果為 一種光纖光柵傳感器解調儀價格低，精度高， 功率大，不需要外置寬帶光源等優點，為大規模光纖光柵傳感器的大范圍的 實用化起到了很大的促進作用；本實用新型所提出的低價格的光纖光柵解調
儀將為光纖光柵傳感器的大規模應用起到促進作用。
圖1為本實用新型的透射式結構示意圖； 圖2為本實用新型的反射式結構示意圖； 圖3為本實用新型的分布反饋半導體激光結構圖。
其中1為分布反饋式半導伴激光器，2為溫度控制器，3為電流控制 器，4為單片機，5為光電探測器，6為運算放大器，7為A/D轉換器，8 為PC機，9為光纖耦合器，10、 11、 12、 13， 14為光纖光柵傳感器，15為 發光面，16為溫度光電探測器，17為管腳，18為功率光電探測器，19為 內置半導體溫度控制器，120為激光器殼體，21為光纖。
具體實施方式
實施例一 一種光纖光柵傳感器解調儀(見圖一)，包括分布反饋式半
導體激光器l、溫度控制器2、電流控制器3、單片機4、光電探測器5、運 算放大器10、 A/D轉換器6、 PC機7、光纖光柵傳感器10-14;其連接方式 為分布反饋式半導體激光器1的溫度控制輸入端連接溫度控制器2的輸出 端，分布反饋式半導體激光器1的電流控制輸入端連接和電流控制器3的輸 出端，溫度控制器2和電流控制器3的輸入端連接單片機4的控制輸出端； 分布反饋式半導體激光器1的激光輸出端通過光纖跳線連接光纖光柵傳感器 10-14的一端，光纖光柵傳感器10-14的另一端連接光電探測器5的輸入端， 光電探測器5的輸出端連接運算放大器6的輸入端，運算放大器6的輸出端 連接A/D轉換器7的輸入端，A/D轉換器7的輸出端連接單片機4的數據輸 入端，單片機4的數據輸出端連接PC機8的USB 口。
實施例2: —種光纖光柵傳感器解調儀(見圖2)，包括分布反饋式半導 體激光器l、溫度控制器2、電流控制器3、單片機4、光電探測器5、運算 放大器6、 A/D轉換器7、 PC機8、光纖耦合器9、光纖光柵傳感器10-14;
其連接方式為分布反饋式半導體激光器1的溫度控制輸入端連接溫度控制 器2的輸出端，分布反饋式半導體激光器1的電流控制輸入端連接和電流控
制器3的輸出端，溫度控制器2和電流控制器3的輸入端連接單片機4的控 制輸出端；分布反饋式半導體激光器1的激光輸出端連接光纖耦合器9的--個輸入端，光纖耦合器9的一個輸出端連接光纖光柵傳感器10-14，光纖耦合 器9的另一個輸入端連接光電探測器5的輸入端，光電探測器5的輸出端連 接運算放大器6的輸入端，運算放大器6的輸出端連接A/D轉換器7的輸入 端，A/D轉換器7的輸出端連接單片機4的數據輸入端，單片機4的數據輸 出端連接PC機8的USB 口。
權利要求1、一種光纖光柵傳感器解調儀，其特征在于連接方式為溫度控制器輸出端連接分布反饋式半導體激光器的溫度控制輸入端，電流控制器輸出端連接分布反饋式半導體激光器的電流驅動輸入端，單片機的控制輸出端連接溫度控制器輸入端和電流控制器的輸入端；分布反饋式半導體激光器的激光輸出端連接光纖光柵傳感器的一端，光纖光柵傳感器的另一端連接光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出端連接運算放大器的輸入端，運算放大器的輸出端連接A/D轉換器的輸入端，A/D轉換器的輸出端連接單片機的數據輸入端，單片機的數據輸出端連接計算機的輸入端，計算機進行數據處理并顯示結果。
2、 一種光纖光柵傳感器解調儀，其特征在于上述所述的光纖光柵傳感 器可以為光纖光柵傳感器陣列
3、 一種光纖光柵傳感器解調儀，其特征在于上述所述的分布反饋式半 導體激光器與光纖光柵傳感器之間可以通過加入光纖耦合器連接。
4、 一種光纖光柵傳感器解調儀，其特征在于上述所述的光纖耦合器可 以為2x2光纖耦合器或lx2光纖耦合器。
專利摘要本實用新型的技術方案包括分布反饋式半導體激光器、溫度控制器、電流控制器、單片機、光電探測器、運算放大器、A/D轉換器、PC機、光纖耦合器、光纖光柵傳感器；光纖光柵傳感器解調儀價格低，精度高，功率大，不需要外置寬帶光源等優點，為大規模光纖光柵傳感器的大范圍的實用化起到了很大的促進作用；本實用新型所提出的低價格的光纖光柵解調儀將為光纖光柵傳感器的大規模應用起到促進作用。
文檔編號G01D5/26GK201130028SQ20072009835
公開日2008年10月8日 申請日期2007年12月7日 優先權日2007年12月7日
發明者品 龍 申請人:天津國品光電技術有限公司