光纖光柵傳感系統(tǒng)

光纖光柵傳感系統(tǒng)目錄1.光的干涉和衍射2.光纖光柵傳感系統(tǒng)3.光纖光柵傳感系統(tǒng)組件介紹光的干涉和衍射光的衍射光的衍射是指光可以繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。明顯衍射條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或者和波長差不多。陰影屏幕屏幕光的干涉激光束雙縫屏屏上看到明暗相間的條紋相干光條件：頻率相同振動(dòng)方向相同相位差恒定光纖光柵光柵的實(shí)質(zhì)：單縫衍射+多光束干涉單縫衍射―產(chǎn)生角向強(qiáng)度分布。多光束干涉―產(chǎn)生亮暗條紋，且亮條紋成組出現(xiàn)。光柵條件：尺度為波長量級(jí)的衍射單元產(chǎn)生多光束干涉短周期性光纖光柵長周期性光纖光柵光纖光柵傳感系統(tǒng)光纖光柵傳感系統(tǒng)光纖光柵傳感系統(tǒng)組件介紹寬帶光源光源類型ELEDSLEDASETLS全稱發(fā)光二極管超輻射二極管超熒光光纖光源可調(diào)諧激光光源帶寬（nm）50-9030-10020-401-10輸出功率（μW）5-50100-20001000-10000100-10000其中：ASE是基于半導(dǎo)體激光器泵浦摻餌光纖產(chǎn)生自發(fā)輻射光原理設(shè)計(jì)的，常用。寬帶光源的要求帶寬寬功率大平坦性好溫度穩(wěn)定性好表1寬帶光源具體參數(shù)性能指標(biāo)光纖耦合器光纖耦合器的功能是把一個(gè)輸入的光信號(hào)分配給多個(gè)輸出，或把多個(gè)輸入的光信號(hào)組合成一個(gè)輸出。T形和星形可以看做功率分配器，可實(shí)現(xiàn)功率的分路和合路。定向耦合器只能用于分路器，常用的是3db耦合器。定向耦合器反向定向耦合器分貝耦合度C

定向性D

光隔離器和光環(huán)形器光隔離器是一種只允許單向光通過的無源光器件，是一種光非互易[1]傳輸?shù)墓鉄o源器件。光隔離器的特性是：正向插入損耗低，反向隔離度高，回波損耗高。光隔離器光環(huán)形器[1]非互易性指電磁波在某物體中沿相反的兩個(gè)方向傳輸會(huì)呈現(xiàn)不同的電磁損耗、相移等特性。光環(huán)形器是多端口輸入輸出的非互易性器件。光信號(hào)只能沿規(guī)定端口順序傳輸，例如1-2-3-1光纖光柵光纖光柵是通過某種工藝方法，沿著光纖軸線方向形成某種規(guī)則的折射率分布，從而產(chǎn)生某種光譜或者色散效應(yīng)。光纖光柵Bragg光柵周期小于1μm；反射性；柵格周期常數(shù)；最廣泛。傾斜光柵光柵平面與光軸呈一定角度；多個(gè)串聯(lián)可構(gòu)摻餌放大器。啁啾光柵周期不是常數(shù)；反射波長不同；泵浦濾波；回收摻餌放大器中多余的泵浦光。長周期光纖光柵周期大于1μm；透射性；損耗性。Bragg光柵入射光譜光強(qiáng)光強(qiáng)反射光譜透射光譜光強(qiáng)光纖光柵的反射波長為

Bragg光柵

對于C波段（中心波長1550nm）中心波長的溫度系數(shù)為10.3pm/℃中心波長的應(yīng)變系數(shù)為1.209pm/με光柵解調(diào)技術(shù)波長解調(diào)技術(shù)光譜法傳統(tǒng)光譜法新型光譜法干涉法非平衡邁克爾遜干涉法非平衡MZ干涉法薩格納克干涉法濾波法邊緣濾波法匹配濾波法可調(diào)諧FP濾波法光源波長可調(diào)諧法可調(diào)諧窄帶光源法鎖模調(diào)制解調(diào)法環(huán)形腔光纖掃描法陣圖像傳感解調(diào)法CCD測量法CMOS測量法InGaGs測量法光柵啁啾解調(diào)法強(qiáng)度解調(diào)相位解調(diào)光纖解調(diào)技術(shù)：強(qiáng)度、相位、頻率、波長等，光纖光柵用波長解調(diào)技術(shù)。干涉法非平衡邁克爾遜干涉法優(yōu)點(diǎn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測量響應(yīng)速度快應(yīng)變分辨率達(dá)5.5με，靈敏度1.8με不足之處測量精度受環(huán)境影響較大工作原理

反射光—干涉儀—輸出信號(hào)，PZT驅(qū)動(dòng)信號(hào)—相位計(jì)—調(diào)PZT驅(qū)動(dòng)信號(hào)—兩路信號(hào)頻率相等—相位計(jì)讀數(shù)干涉法非平衡Mach-Zehnder（M-Z）干涉法

優(yōu)點(diǎn)動(dòng)態(tài)測量分辨率高不足之處不適合絕對測量易受環(huán)境影響解調(diào)精度非線性濾波法邊緣濾波法

原理：將反射信號(hào)的波長漂移量轉(zhuǎn)化為光功率變化量，輸出光強(qiáng)的變化量與波長變化量成正比。

體積光學(xué)線性濾波器優(yōu)點(diǎn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測量，響應(yīng)速度快抑制光源輸出功率起伏影響不足之處分辨率低，不易攜帶受體積濾波器準(zhǔn)直穩(wěn)定性影響

濾波法邊緣濾波法優(yōu)點(diǎn)全光纖，便攜分辨率提高不足之處WDM具有偏振特性波長測量精度不高改進(jìn)在WDM之前加一個(gè)偏振控制器WDM邊緣濾波器

濾波法匹配濾波法反射式透射式原理

FBG1反射光—FBG2參考光柵—調(diào)節(jié)壓電驅(qū)動(dòng)元件—FBG1，2發(fā)射波匹配—反射（透射）最大（最?。﹥?yōu)點(diǎn)靜態(tài)和低頻動(dòng)態(tài)測量結(jié)構(gòu)簡單、成本低不足之處測量范圍有限，精度不高兩光柵很難做到中心波長和譜寬嚴(yán)格重合濾波法可調(diào)諧光纖F-P濾波法可調(diào)F-P（法布里—珀羅）濾波器G1，G2（玻璃或石英）嚴(yán)格平行，內(nèi)鍍高反射膜，構(gòu)成F-P腔L1，L2透鏡腔長L等于入射光的半波長整數(shù)倍時(shí)，發(fā)生干涉現(xiàn)象，輸出窄帶光壓電體改變腔長L，導(dǎo)致不同窄帶光輸出濾波法可調(diào)諧光纖F-P濾波法優(yōu)點(diǎn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測量相對和絕對測量體積小、價(jià)格低靈敏度高、信噪比高不足之處受F-P性能影響通過測量最大光強(qiáng)值對應(yīng)的掃描電壓可解調(diào)出傳感波長。光源波長可調(diào)諧掃描法可調(diào)諧窄帶光源解調(diào)原理寬帶光源光譜變成窄帶光譜掃描傳感光柵。當(dāng)窄帶光譜與傳感光柵反射譜相同時(shí)，產(chǎn)生反射。探測器接收到的光功率最大。性能最小波長分辨率2.3pm溫度分分辨率0.2℃受F-P性能影響。陣圖像傳感器解調(diào)法CCD測量法圖像傳感器將入射到感光面上按空間分布的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，通過圖像處理的方法計(jì)算出光纖光柵傳感器的波長變化值。CCD圖像傳感、CMOS圖像傳感、InGaGs圖像傳感。反射光通過衍射光柵后在CCD上形成光譜圖像。解析圖像得出波長變化值。優(yōu)點(diǎn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測量光能利用率高抗干擾不足之處反射譜難處理光電探測器和處理器依波段分類：紫外光波段有SiC、GaN等探測器，可見光波段有Si、InGaN等探測器，紅外波段有Ge、InGaAs、GaAs等探測器，