應(yīng)用
遙感
FBG傳感器合成
溫度，應(yīng)力和應(yīng)變傳感
土木工程，如橋梁，管道，結(jié)構(gòu)
多方向數(shù)據(jù)傳感
綜述
光纖環(huán)形鏡配置已應(yīng)用到各個(gè)方面中，其中一個(gè)重要的應(yīng)用是傳感。在光纖環(huán)形鏡中插入光纖布拉格光柵（FBG）后，可利用環(huán)形鏡的切換功能來增強(qiáng)傳感和訪問能力。寬帶LED或白光源照進(jìn)FBG環(huán)形鏡，可以在FBG中心波長處產(chǎn)生連續(xù)波（CW）光信號(hào)，這種光信號(hào)可以通過控制環(huán)路內(nèi)的移相器從環(huán)路的兩側(cè)進(jìn)行訪問。CW光波長隨FBG的環(huán)境條件（包括溫度，應(yīng)力和應(yīng)變）而變化。
FBG環(huán)形鏡傳感器布局
優(yōu)點(diǎn)
FBG光纖環(huán)形鏡傳感器可用于任何遠(yuǎn)程位置不同參數(shù)的檢測(cè)，并可通過單模光纖傳輸感應(yīng)數(shù)據(jù)。
通過控制移相器的相位，可以從傳輸系統(tǒng)的兩側(cè)訪問所檢測(cè)的數(shù)據(jù)。
OptiSystem軟件允許用戶研究FBG光纖環(huán)形鏡傳感器中不同參數(shù)對(duì)整體性能的影響。
使用OptiSystem軟件可以進(jìn)行FBG參數(shù)合成。
仿真說明
圖1顯示了用于在OptiSystem中進(jìn)行FBG光纖環(huán)形鏡傳感器數(shù)值仿真的布局。低成本寬帶LED可用于探測(cè)傳感器。 LED燈光通過一個(gè)循環(huán)器和一個(gè)3-dB光纖耦合器在兩個(gè)方向上發(fā)射到環(huán)路中。 FBG在其定義的帶寬和中心頻率內(nèi)，反射環(huán)路每個(gè)方向上的光信號(hào)。 FBG還允許傳輸其帶寬之外的光信號(hào)，且不改變它們的傳播方向。一旦反射和傳輸?shù)膱?chǎng)返回到3-dB光纖耦合器的輸出端口，它們就會(huì)加強(qiáng)，消減或部分地干擾，這取決于3-dB光纖耦合器的每個(gè)輸出端口處的兩個(gè)場(chǎng)之間的相位差。如果兩個(gè)場(chǎng)之間的相位差為0°，則光信號(hào)將通過環(huán)路傳輸并出現(xiàn)在3-dB光纖耦合器的另一個(gè)輸入端口（標(biāo)記為2）。但是，如果兩個(gè)場(chǎng)之間的相位差為180°，則光信號(hào)被反射回3dB光纖耦合器的輸入端口（標(biāo)記為1）。任何其他相位差都會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)出現(xiàn)在兩個(gè)端口上。當(dāng)相移等于180°或0°時(shí)，反射或透射的產(chǎn)生的光信號(hào)是以FBG中心頻率（1550nm）為中心的連續(xù)波（CW），其20dB線寬為90GHz（0.72nm），如圖2所示。
圖1.仿真的FBG光纖環(huán)形鏡布局
當(dāng)感測(cè)位置處的環(huán)境條件改變或應(yīng)力和應(yīng)變施加到光纖布拉格光柵時(shí)，F(xiàn)BG物理?xiàng)l件改變并影響其中心布拉格波長。 結(jié)果是產(chǎn)生的CW光信號(hào)中心波長變化。 可以從傳感器位置遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心波長的漂移。
圖2.相移設(shè)備設(shè)置為0°時(shí)發(fā)送的CW信號(hào)
圖3顯示了當(dāng)相移器設(shè)置為0°時(shí)，由于感測(cè)位置處的溫度變化導(dǎo)致光柵布拉格波長的變化而在反射端口處測(cè)量的CW光信號(hào)。 在仿真時(shí)，F(xiàn)BG的溫度范圍從0℃變?yōu)?00℃。
圖3.薄矩形單元對(duì)方向角的響應(yīng)
仿真工具可用于合成現(xiàn)實(shí)生活中部署的FBG光柵的實(shí)際參數(shù)。 這可以在傳感系統(tǒng)的安裝和測(cè)試階段完成。 然后，通過比較測(cè)量的CW光信號(hào)的中心波長和合成的FBG參數(shù)的仿真結(jié)果，可以將合成的FBG用于實(shí)際傳感系統(tǒng)的分析階段。
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