【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及光電子，特別涉及一種基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置和一種基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調方法。
技術介紹
1、相關技術中，膜片式光纖f-p(法布里-珀羅)傳感器不僅具有光纖傳感器相對電學傳感器所具有的體積小、重量輕、抗電磁干擾、適合長距離傳輸?shù)葍?yōu)點，光纖膜片式f-p干涉儀還因其自身解調光路中不需要耦合器等多余的光學元器件，因此結構更加緊湊，更易實現(xiàn)小型化和制作成傳感探針，廣泛應用于濕度、液位，溫度，壓力等靜態(tài)或是聲波等動態(tài)參量的測量領域中。
2、現(xiàn)有的膜片式光纖液位傳感器多采用較輕、較薄的聚合物膜片，即使能于較為理想的環(huán)境下精準地進行液位測試，但由于其材料本身的特性，易于破損、變形，故難以進行多次的實際應用，僅僅停留在實驗室階段，另外，實際生活生產中，往往有較多需要長距離等復雜場景液位測試的場景，如航空飛行器油罐等易燃易爆、尺寸較大的容器，但是現(xiàn)有的光纖干涉儀型液位傳感器工作時，其光域的周期性干涉光譜限制了傳感器的測量范圍，不適用于長距離的實際應用測量，因此采用多點測量等方式進行實際的應用，這相對地增加了測量的難度和應用成本。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術旨在至少在一定程度上解決上述技術中的技術問題之一。為此，本專利技術的第一個目的在于提出一種基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，通過微波光子濾波技術進行信號解調，將光域上由于液位變化帶來的壓強變化所引起干涉光波長偏移對應到微波域的微波光子濾波器通帶中心頻率偏移，以提升分辨率和
2、本專利技術的第二個目的在于提出一種基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調方法。
3、為達到上述目的，本專利技術第一方面實施例提出了一種基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，包括寬帶光源、環(huán)形器、光纖液位傳感器、摻鉺光纖放大器、偏振控制器、直流電源、射頻源、電光調制器、色散補償光纖、光電探測器和功率計，其中，所述寬帶光源與所述環(huán)形器的第一端口相連接，所述環(huán)形器的第二端口與所述膜片式光纖液位傳感器相連接，以將所述寬帶光源發(fā)射的光經(jīng)過所述環(huán)形器的第二端口輸出至所述膜片式光纖液位傳感器，以根據(jù)所述膜片式光纖液位傳感器的腔長變化得到對應的干涉光；所述環(huán)形器的第三端口與所述摻鉺光纖放大器相連接，通過所述環(huán)形器的第三端口輸出所述干涉光至所述摻鉺光纖放大器，以進行光功率放大；所述摻鉺光纖放大器與所述偏振控制器相連接，以采用所述偏振控制器對進行光功率放大后的干涉光的偏振態(tài)進行控制；所述偏振控制器與所述電光調制器的輸入相連接，所述射頻源與所述電光調制器的調制輸入相連接，所述直流電源與所述電光調制器的偏壓輸入相連接，以將進行偏振態(tài)控制后的干涉光輸入到所述電光調制器，并根據(jù)直流電源施加的偏壓和射頻源產生的帶有微波光子濾波器通帶中心頻率的電信號進行調制，以得到調制光信號；所述電光調制器的輸出通過所述色散補償光纖與所述光電探測器相連接，將所述調制光信號經(jīng)過色散補償光纖傳輸至光電探測器，以將所述調制光信號轉變?yōu)殡娦盘枺凰龉怆娞綔y器與所述功率計相連接，以采用所述功率計測量所述電信號的功率，并根據(jù)所述電信號的功率變化得到對應的液位變化。
4、根據(jù)本專利技術實施例提供的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，由于通帶中心的頻移與f-p腔內腔長的變化之間存在線性關系，所有當f-p腔內液體的腔長發(fā)生變化時，利用微波光子濾波器將干涉光譜的波長移動轉換為頻域中通帶中心頻率的偏移，在提高傳感靈敏度和分辨率的同時也明顯地擴大其測量范圍。
5、另外，根據(jù)本專利技術上述實施例提出的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置還可以具有如下附加的技術特征：
6、可選地，所述膜片式光纖液位傳感器包括光纖陶瓷插芯、第一套管、第二套管和鍍銀pet薄膜，其中，所述鍍銀pet薄膜粘合在所述第一套管的端面，所述第二套管插入所述第一套管內，所述光纖陶瓷插芯插入所述第二套管內，通過環(huán)氧樹脂ab膠進行嵌套組裝。
7、可選地，所述光纖陶瓷插芯的端面作為第一反射面，所述鍍銀pet(聚對苯二甲酸乙二醇酯)薄膜的鍍銀面作為第二反射面，所述第一反射面與所述第二反射面間為空氣腔。
8、可選地，根據(jù)以下公式得到所述光纖液位傳感器的腔長變化：
9、
10、
11、h＝h0-δd0
12、
13、其中，r1表示第一反射面的反射系數(shù)；r2表示第二反射面的反射系數(shù)；φ表示光在f-p腔內反射一次后因光程差引起的相位差；rfp表示雙光束干涉的反射光譜；h表示f-p腔的腔長；λ0表示入射光的波長；h0表示f-p腔的初始腔長；δd0表示恒彈性薄膜中心產生的形變量；p表示恒彈性薄膜上承受的橫向壓強差；r0表示恒彈性薄膜的有效半徑；d表示膜片的厚度；γ表示材料的泊松比；e表示材料的楊氏模量；fsr表示干涉光譜的自由光譜范圍；λ1和λ2分別表示光譜兩個相鄰干涉峰波峰與波谷的波長；lcav表示標準f-p干涉儀的腔長；n0表示介質的折射率。
14、可選地，通過獲取微波光子濾波器的通帶中心頻率；使射頻源調制所述通帶中心頻率的電信號至電光調制器；解調環(huán)路輸出于所述功率計，通過所述功率計上的通帶中心頻率功率值變化判斷單通帶微波光子濾波器通帶中心頻率處的偏移方向；如果通帶中心頻率處的功率值下降，則判斷通帶往高頻處移動，反之則向低頻處偏移，中心頻率的變化與液位變化相對應，功率計數(shù)值的升高或降低以得到測量液位的變化結果。
15、為達到上述目的，本專利技術第二方面實施例提出了一種基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調方法，所述解調方法應用于上述的解調裝置；所述解調方法：將寬帶光源發(fā)射的光經(jīng)過環(huán)形器的第二端口輸出至膜片式光纖液位傳感器，以根據(jù)所述膜片式光纖液位傳感器的腔長變化得到對應的干涉光；所述環(huán)形器的第三端口輸出所述干涉光至摻鉺光纖放大器，以進行光功率放大；采用偏振控制器對進行光功率放大后的干涉光的偏振態(tài)進行控制；將進行偏振態(tài)控制后的干涉光輸入到電光調制器，并根據(jù)直流電源施加的偏壓和射頻源產生的帶有微波光子濾波器通帶中心頻率的電信號進行調制，以得到調制光信號；所述調制光信號經(jīng)過色散補償光纖傳輸至光電探測器，以將所述光信號轉變?yōu)殡娦盘枺徊捎霉β视嫓y量所述電信號的功率，并根據(jù)所述調制電信號的功率變化得到對應的液位變化。
16、另外，根據(jù)本專利技術上述實施例提出的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調方法還可以具有如下附加的技術特征：
17、可選地，所述膜片式光纖液位傳感器包括光纖陶瓷插芯、第一套管、第二套管和鍍銀pet薄膜，其中，所述鍍銀pet薄膜粘合在所述第一套管的端面，所述第二套管插入所述第一套管內，所述光纖陶瓷插芯插入所述第二套管內，通過環(huán)氧樹脂ab膠進行嵌套組裝。
18、可選地，所述光纖陶瓷插芯的端面作為第一反射面，所述鍍銀pet薄膜的鍍銀面作為第二反射面，所述第一反射面與所述第二反射面間為空氣腔。<本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，包括寬帶光源、環(huán)形器、膜片式光纖液位傳感器、摻鉺光纖放大器、偏振控制器、直流電源、射頻源、電光調制器、色散補償光纖、光電探測器和功率計，其中，
2.如權利要求1所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，所述光纖液位傳感器包括光纖陶瓷插芯、第一套管、第二套管和鍍銀PET薄膜，其中，所述鍍銀PET薄膜粘合在所述第一套管的端面，所述第二套管插入所述第一套管內，所述光纖陶瓷插芯插入所述第二套管內，通過環(huán)氧樹脂AB膠進行嵌套組裝。
3.如權利要求2所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，所述光纖陶瓷插芯的端面作為第一反射面，所述鍍銀PET薄膜的鍍銀面作為第二反射面，所述第一反射面與所述第二反射面間為空氣腔。
4.如權利要求3所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，根據(jù)以下公式得到所述膜片式光纖液位傳感器的腔長變化：
5.如權利要求4所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，通過獲取微波光
6.一種基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調方法，其特征在于，所述解調方法應用于如權利要求1-5中任一項所述的解調裝置；所述解調方法包括：
7.如權利要求6所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調方法，其特征在于，所述膜片式光纖液位傳感器包括光纖陶瓷插芯、第一套管、第二套管和鍍銀PET薄膜，其中，所述鍍銀PET薄膜粘合在所述第一套管的端面，所述第二套管插入所述第一套管內，所述光纖陶瓷插芯插入所述第二套管內，通過環(huán)氧樹脂AB膠進行嵌套組裝。
8.如權利要求7所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調方法，其特征在于，所述光纖陶瓷插芯的端面作為第一反射面，所述鍍銀PET薄膜的鍍銀面作為第二反射面，所述第一反射面與所述第二反射面間為空氣腔。
9.如權利要求8所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調方法，其特征在于，根據(jù)以下公式得到所述膜片式光纖液位傳感器的腔長變化：
10.如權利要求9所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調方法，其特征在于，通過獲取微波光子濾波器的通帶中心頻率；使射頻源調制所述具有通帶中心頻率的電信號至電光調制器；解調環(huán)路輸出于所述功率計，通過所述功率計上的通帶中心頻率功率值變化判斷單通帶微波光子濾波器通帶中心頻率處的偏移方向；如果通帶中心頻率處的功率值下降，則判斷通帶往高頻處移動，反之則向低頻處偏移，中心頻率的變化與液位變化相對應，實現(xiàn)通過功率計數(shù)值的升高或降低以得到測量液位的變化結果。
...【技術特征摘要】
1.一種基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，包括寬帶光源、環(huán)形器、膜片式光纖液位傳感器、摻鉺光纖放大器、偏振控制器、直流電源、射頻源、電光調制器、色散補償光纖、光電探測器和功率計，其中，
2.如權利要求1所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，所述光纖液位傳感器包括光纖陶瓷插芯、第一套管、第二套管和鍍銀pet薄膜，其中，所述鍍銀pet薄膜粘合在所述第一套管的端面，所述第二套管插入所述第一套管內，所述光纖陶瓷插芯插入所述第二套管內，通過環(huán)氧樹脂ab膠進行嵌套組裝。
3.如權利要求2所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，所述光纖陶瓷插芯的端面作為第一反射面，所述鍍銀pet薄膜的鍍銀面作為第二反射面，所述第一反射面與所述第二反射面間為空氣腔。
4.如權利要求3所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，根據(jù)以下公式得到所述膜片式光纖液位傳感器的腔長變化：
5.如權利要求4所述的基于微波光子技術的膜片式光纖液位傳感解調裝置，其特征在于，通過獲取微波光子濾波器的通帶中心頻率；使射頻源調制所述具有通帶中心頻率的電信號至電光調制器；解調環(huán)路輸出于所述功率計，通過所述功率計上的通帶中心頻率功率值變化判斷單通帶微波光子濾波器通帶中心頻率處的偏移方向；如果通帶中心頻率處的功率值下降，則判斷通帶往高頻處移動，反之則向低頻處偏移，中心頻率的變化與液位變化相對應，實現(xiàn)通過功率計數(shù)值的升高或降低以得...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：付宏燕，王育棟，羅澤佳，劉士巍，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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