基于邊帶濾波fbg解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法
【專利摘要】基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法，涉及邊帶濾波解調(diào)FBG領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度低，不能檢測微弱信號或微弱信號變化不明顯的問題。本發(fā)明所述的采用n個邊帶濾波器進行邊帶濾波，獲得FBG反射光的總功率，F(xiàn)BG中心波長λ0隨時間變化時，根據(jù)FBG中心波長λ0，能夠獲得FBG光譜的左右邊界波長λ1和λ2，帶入FBG反射光的總功率中，獲得時間t值和相應的FBG反射光譜的總功率的擬合方程，根據(jù)擬合方程及FBG中心波長隨時間變化的表達式獲得靈敏度與波長和功率有關(guān)的表達式，當改變所用邊帶的斜率后，獲得靈敏度與邊帶斜率的關(guān)系式，進而獲得FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度。它可用在FBG解調(diào)系統(tǒng)中。
【專利說明】基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度提高方法。屬于邊帶濾波解調(diào) FBG領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種新型傳感元件，光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating, FBG)傳感器具 備獨特的優(yōu)點使其得以迅猛發(fā)展，如準分布式和波長編碼。這些優(yōu)點使得FBG傳感器的應 用領(lǐng)域非常廣泛。在一些實際應用中，F(xiàn)BG傳感器應用于微弱信號的檢測，這種情況下，解 調(diào)系統(tǒng)的靈敏度就是其重要的性能參數(shù)，提高FBG解調(diào)靈敏度可以實現(xiàn)FBG傳感器對外界 環(huán)境的微弱變化的實時監(jiān)測，在一些安全監(jiān)測領(lǐng)域或要求監(jiān)測結(jié)果精確的領(lǐng)域具有很高的 使用價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度低，不能檢測微弱信號或微弱信號 變化不明顯的問題?，F(xiàn)提供基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度提高方法。
[0004] 基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度提高方法，該方法是基于邊帶濾波FBG解調(diào) 系統(tǒng)實現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括ASE光源、耦合器、FBG、摻鉺光纖放大器、η個邊帶濾波器和光譜 儀，η為正整數(shù)，
[0005] ASE光源發(fā)出的光經(jīng)過耦合器進入FBG中，與FBG中心波長相匹配的光波被反射回 來，再次通過耦合器進入摻鉺光纖放大器對光功率進行放大處理，之后通過η個邊帶濾波 器濾波后進入光譜儀中進行波形的提取；
[0006] 步驟一、ASE光源發(fā)出的光經(jīng)過耦合器進入FBG中，由于FBG的折射率是周期性變 化的與FBG中心波長相匹配的光波被反射回來，形成FBG反射光譜，該反射譜波形近似高斯 曲線，將FBG反射光譜擬合為高斯表達式 ：
[0007]
【權(quán)利要求】
1.基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法，該方法是基于邊帶濾波FBG解調(diào)系 統(tǒng)實現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括ASE光源（1)、耦合器（2)、FBG(3)、摻鉺光纖放大器（4)、n個邊帶 濾波器（5)和光譜儀（6)，η為正整數(shù)， ASE光源（1)發(fā)出的光經(jīng)過耦合器（2)進入FBG(3)中，與FBG(3)中心波長相匹配的光 波被反射回來，再次通過耦合器（2)進入摻鉺光纖放大器（4)對光功率進行放大處理，之后 通過η個邊帶濾波器（5)濾波后進入光譜儀（6)中進行波形的提取； 其特征在于， 步驟一、ASE光源發(fā)出的光經(jīng)過耦合器進入FBG中，由于FBG的折射率是周期性變化的 與FBG中心波長相匹配的光波被反射回來，形成FBG反射光譜，該反射譜波形近似高斯曲 線，將FBG反射光譜擬合為高斯表達式 ：
式中，y〇, A, w均為常量；λ表不波長；λ ^表不FBG反射譜的中心波長； 設所用的第η個邊帶濾波器線性區(qū)域透射率的表達式為：
式中，kn為第η個邊帶線性區(qū)域?qū)倪厧甭?，bn為第η個邊帶計算透射率時對應 的常量， 采用η個邊帶濾波器對FBG反射光進行邊帶濾波，獲得η次濾波后FBG反射光譜的功 率為：
式中，τη( λ)為第η個邊帶濾波器的對應波長的透射率， 將FBG反射光譜的功率單位變?yōu)楹镣叩墓剑?br>
根據(jù)公式：
對單位為毫瓦的FBG反射光譜的功率進行積分處理獲得FBG反射光譜總功率， 式中，λ i表示FBG反射譜左側(cè)邊界對應的波長，λ 2表示FBG反射譜右側(cè)邊界對應的 波長， 根據(jù)公式：
將FBG反射光譜的總功率單位從毫瓦變?yōu)閐Bm， 將公式1至公式6依次代入，獲得單位為dBm的FBG反射光譜的總功率的總表達式為：
FBG中心波長λ J逭時間變化時，設FBG中心波長隨時間按正弦發(fā)生變化的表達式為：
式中，a為FBG反射譜的中心波長變化振幅，λ w為FBG起始中心波長， 根據(jù)FBG中心波長λ ^，能夠獲得FBG光譜的左右邊界波長λ i和λ 2， 將λ ρ λ i和λ 2代入公式7中，將時間t和相應的FBG反射光譜的總功率進行擬合， 其擬合方程的表達式為：
式中，Pn代表η次濾波功率值，P%表示η次濾波時當中心波長不發(fā)生漂移所對應的功 率值，cn表示η次濾波后功率變化的振幅， 步驟二、根據(jù)步驟一中FBG中心波長隨時間按正弦發(fā)生變化的表達式和時間t與FBG 反射光譜的總功率擬合方程的表達式，獲得靈敏度與波長和功率有關(guān)的表達式，當改變所 用邊帶的斜率后，獲得靈敏度與邊帶斜率的關(guān)系式，進而獲得FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊帶濾波FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的提高方法，其特征在于， 步驟二中根據(jù)FBG中心波長隨時間按正弦發(fā)生變化的表達式和擬合方程的表達式，獲得靈 敏度與波長和功率有關(guān)的表達式，當改變所用邊帶的斜率后，獲得靈敏度與邊帶斜率的關(guān) 系式，進而獲得FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度的過程為： 由FBG中心波長隨時間按正弦發(fā)生變化的表達式和擬合方程的表達式獲得FBG解調(diào)系 統(tǒng)的靈敏度計算公式為：
式中，S為FBG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度，Λ P為FBG反射譜的功率變化量，Λ λ為FBG反射 譜的中心波長變化量，h和t2為不同的時刻， FBG中心波長振幅a為lnm時，則靈敏度計算公式變?yōu)椋?br>
采用一個邊帶濾波器對FBG反射光進行單次邊帶濾波，邊帶斜率k改變時，經(jīng)過濾波后 的FBG反射光功率的振幅Cl會發(fā)生改變，將k和相應的Cl值進行數(shù)據(jù)擬合得出Cl和k的 關(guān)系式為：
即靈敏度為：
采用兩個邊帶濾波器對FBG反射光進行兩次邊帶濾波，所用邊帶斜率分別為&和k2， 當&不變僅改變k2時，經(jīng)過兩次邊帶濾波的FBG反射光功率的振幅c2發(fā)生變化，將kp k2 之和與相應的c2值進行數(shù)據(jù)擬合，得出的c2與ki+k2之和的關(guān)系式為：
即靈敏度為：
η次邊帶濾波后，F(xiàn)BG解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度與邊帶斜率呈線性變化關(guān)系，根據(jù)數(shù)據(jù)擬合方 程：
獲得FBG解調(diào)系統(tǒng)靈敏度S，
【文檔編號】G01D5/26GK104154935SQ201410400464
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】熊燕玲, 任乃奎, 趙磊, 楊文龍, 沈濤, 于雪蓮 申請人:哈爾濱理工大學
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