基于腔吸收的光纖光柵傳感波長標定裝置制造方法
【專利摘要】一種基于腔吸收的光纖光柵傳感波長標定裝置，它包括ASE光源、耦合器、光環(huán)形器、光柵陣列、光開關、體光柵、諧振腔、光開關連接端Ⅰ和光開關連接端Ⅱ，其特征在于，ASE光源連接耦合器，耦合器的P1端口連接光環(huán)形器的a端口，光環(huán)形器的b端口和c端口分別連接光柵陣列和光開關連接端Ⅰ，耦合器的P2端口連接諧振腔，諧振腔連接光開關連接端Ⅱ，體光柵通過光開關連接光開關連接端Ⅰ或光開關連接端Ⅱ。它通過將反射腔得到的吸收光譜進行標定處理，建立光譜CCD像元位置與其吸收譜的中心波長關系，完成對各像元中心波長的標定。此發(fā)明簡化了標定系統(tǒng)，大大提高了光纖光柵傳感系統(tǒng)測量精度和測量范圍。
【專利說明】基于腔吸收的光纖光柵傳感波長標定裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是光纖光柵傳感系統(tǒng)中的波長定標裝置，尤其涉及基于腔吸收的光纖光柵傳感波長標定裝置。
【背景技術】
[0002]光纖光柵傳感系統(tǒng)是通過檢測布拉格波長的移動來監(jiān)測外界溫度或應力的變化。布拉格波長的檢測有多種方式，基于體光柵的解調(diào)法具有動態(tài)特性好等優(yōu)點，引起了廣泛重視。對于基于體光柵的解調(diào)方法，體光柵起到的是一個色散器件的作用。平行光照到體光柵后，不同的波長將從不同的方向透射出來，經(jīng)過會聚透鏡后將入射到線陣CCD上，并且相同的波長將會落在CCD的同一位置，波長與CCD的位置一一對應。
[0003]當外界環(huán)境的變化導致傳感光柵的布拉格波長變化時，入射到CCD上的位置會發(fā)生變化，通過光斑在CXD上位置的變化，就可對布拉格波長進行監(jiān)測，從而實現(xiàn)傳感。
[0004]通常情況下，光纖光柵的靈敏度可達到1pm，光譜測量精度較高，因此需要精確標定CCD位置和波長的關系。但是，由于外界的影響，CCD的位置和波長的對應關系可能會發(fā)生輕微的漂移，因此在使用過程中必須進行定標。但是，在目前的基于體光柵的光纖光柵傳感方案中，標定方法沒有弓I起重視，
[0005]為了提高解調(diào)精度，需要對光譜儀進行精確標定處理。目前常見的用汞燈、氬燈等方法，通過不同氣體或金屬蒸汽的蒸汽放電燈，發(fā)出已知特定波長光譜進行標定，定標的光譜儀分辨率可達Inm以內(nèi)。光纖光柵的布拉格波長λΒ為
[0006]λΒ = 2neffA (公式 I)
[0007]上式中，nrff為有效折射率，Λ為光柵周期。當波導通過光纖光柵時，滿足布拉格條件(即公式I)的光波將被反射回來，這就是光纖光柵的基本工作原理。用已知波長的元素光譜燈對光譜儀定標是一種常用的定標方法，由光源提供譜線照射，光譜儀內(nèi)部CCD探測器會接收光信號，將其轉(zhuǎn)化為電信號后輸出“像元序號-響應信號”光譜圖，通過對測量數(shù)據(jù)預處理，找到光譜燈各譜線對應的CCD像元序號，然后將峰位和波長進行配對，找出像元序號與波長之間合適的相關關系函數(shù)表達式，建立光譜CXD像元位置與其波長值關系的多項式定標函數(shù)，從而完成像元中心波長的定標。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明提供了一種基于腔吸收的光纖光柵傳感波長標定裝置，它通過改變光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)設計，采用低反射率的諧振腔，通過多次反射加強氣體的吸收效果，進一步提高了光譜儀標定精度。
[0009]本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，它包括ASE光源、耦合器、光環(huán)形器、光柵陣列、光開關、體光柵、諧振腔、光開關連接端I和光開關連接端II，其特征在于，ASE光源連接耦合器，耦合器的Pl端口連接光環(huán)形器的a端口，光環(huán)形器的b端口和c端口分別連接光柵陣列和光開關連接端I，耦合器的P2端口連接諧振腔，諧振腔連接光開關連接端II，體光柵通過光開關連接光開關連接端I或光開關連接端II。ASE光源提供的寬帶光波長為1525nm-1610nm。所述諧振腔為低反射率，其腔體中充滿在近紅外區(qū)域具有兩個明顯吸收峰且峰值波長已知的氣體；所述的氣體為CH4、乙炔或CO。
[0010]本發(fā)明的技術效果是:它通過將反射腔得到的吸收光譜進行標定處理，建立光譜CCD像元位置與其吸收譜的中心波長關系，完成對各像元中心波長的標定。此發(fā)明簡化了標定系統(tǒng)，大大提高了光纖光柵傳感系統(tǒng)測量精度和測量范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0012]圖2是本發(fā)明基于腔吸收的氣體定標光譜圖。
[0013]1、ASE光源2、稱合器3、光環(huán)形器4、光柵陣列5、光開關6、體光柵7、諧振腔8、光開關連接端I 9、光開關連接端II。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明采用圖1所示的解調(diào)系統(tǒng)設計，其中氣體吸收層可根據(jù)實際情況選用不同氣體，如乙炔，CO等。光纖光柵傳感系統(tǒng)的設計包含兩條光路，系統(tǒng)由ASE光源l(1525nm-1610nm)提供寬帶光，經(jīng)由耦合器2分為兩束:由Pl端口輸出的寬帶光進入光環(huán)形器3的a端口，再由b端口進入光柵陣列4，反射回的傳感光譜經(jīng)c端口到達光開關連接端I 8 ;由P2端口輸出的寬帶光進入低反射率諧振腔7，腔體中充滿在近紅外區(qū)域具有兩個明顯吸收峰且峰值波長已知的氣體，使兩條特征光譜得到充分吸收，得到帶有高精度吸收特征的反射譜，到達光開關連接端II 9。光開關5連接光開關連接端II 9，特征吸收譜進入體光柵6,通過建立多項式定標函數(shù),實現(xiàn)對光纖光譜儀的精確標定；定標結(jié)束后,光開關5與光開關連接端I 8連接，建立光柵傳感光路，實現(xiàn)對光纖光柵(FBG)應變和溫度變化的解調(diào)處理。兩條光路的設計省略了`對外加標定光源的需要，同時使系統(tǒng)工作模式的選擇更加靈活。
[0015]選用在近紅外區(qū)域具有兩個明顯吸收峰且峰值波長已知的氣體對寬光譜進行吸收處理，通過對兩個峰值數(shù)據(jù)的求差運算并建立定標函數(shù)，實現(xiàn)了對光譜儀的動態(tài)標定處理，大大提聞了儀器的檢測精度。
[0016]光譜儀的光路結(jié)構(gòu)中，CXD探測器的每個像元與波長為一一對應關系。通過光開關選擇光譜儀標定光路，由反射腔返回的的特征光譜中，兩個最強吸收線處的光譜對應的CCD像元接收到的光強最弱，經(jīng)過尋峰處理后得到兩個最小值對應的CCD像元序號。由于兩個中心波長X1, λ 2已知，由下式可以實現(xiàn)對像元的標定:
[0017]=(公式 2)
Z2 -Z1
[0018]完成對像元的標定。其中，λ (ζ)為(XD上位置ζ處的像元接收到的譜線波長，Z1和Z2分別是λ i和λ 2照射在CXD上的位置。根據(jù)公式2可實現(xiàn)對光譜儀CXD像元的標定。定標精度與兩個明顯吸收峰的間隔(甲燒氣體1.6mm附近吸收帶兩最強吸收峰間隔20nm左右)、吸收峰的寬度有關。該定標方法可以消除因像元大小引起的譜線測量誤差，可大幅提高光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的波長精度。[0019]圖2中為具有明顯吸收特征的反射譜曲線，其中兩個吸收峰波長分別為λ^Ρ λ2，分別被位置為Z1和Z2的兩個像元接收。圖2可知譜線吸收效果非常明顯，兩個峰值間距較大，極易被像元分辨，可大大降低標定誤差。用此方法可大大提高光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng)的波長定標精度。`
【權利要求】
1.一種基于腔吸收的光纖光柵傳感波長標定裝置，它包括ASE光源、稱合器、光環(huán)形器、光柵陣列、光開關、體光柵、諧振腔、光開關連接端I和光開關連接端II，其特征在于，ASE光源連接耦合器，耦合器的Pl端口連接光環(huán)形器的a端口，光環(huán)形器的b端口和c端口分別連接光柵陣列和光開關連接端I，耦合器的P2端口連接諧振腔，諧振腔連接光開關連接端II，體光柵通過光開關連接光開關連接端I或光開關連接端II。
2.如權利要求1所述的一種基于腔吸收的光纖光柵傳感波長標定裝置，其特征在于，所述諧振腔為低反射率，其腔體中充滿在近紅外區(qū)域具有兩個明顯吸收峰且峰值波長已知的氣體，利用其對特定波長的吸收得到具有標定特征的吸收譜線，實現(xiàn)CCD位置和波長關系的標定。
3.如權利要求2所述的一種基于腔吸收的光纖光柵傳感波長標定裝置，其特征在于，諧振腔內(nèi)所充的氣體在光纖光柵傳感系統(tǒng)的波長范圍內(nèi)存在合適的吸收峰。
【文檔編號】G01D18/00GK103557879SQ201310532931
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權日:2013年11月1日
【發(fā)明者】高鵬, 萬生鵬 申請人:南昌航空大學
山東科威數(shù)控機床有限公司銑床官方網(wǎng)站今天是：2024-10-23切換城市[全國]-網(wǎng)站地圖
專業(yè)數(shù)控銑床產(chǎn)品供應商
20年生產(chǎn)經(jīng)驗，實力工廠，精工品質(zhì)，質(zhì)量有保障
