引用本文:
桂聪,宋五洲,湛位,等. 基于波长编码和阵列波导光栅解调的光纤位置传感器[J]. 光通信技术,2021,45(10):40-43.
桂 聪,宋五洲*,湛 位,刘浩成,夏卫生
(华中科技大学 材料科学与工程学院, 武汉 430074)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:波长编码光纤位置传感器具有对光强变化不敏感、稳定性高等优点,为了进一步简化结构和降低成本,提出了一种新型波长编码光纤位置传感器。使用10阶二进制伪随机m序列作为传感器的编码基准,以100 μm的栅距制作编码标尺并搭建传感系统,由工作通道的输出电压解调绝对位置信息;同时,阵列波导光栅(AWG)作为解复用器与多个光电二极管组成多波长检测系统,简化了传感系统并提高了响应速度。采用单向定位精度为6 μm的步进电机作为位移量标准,验证了设计分辨率为100 μm的传感器方案可行性。
关键词:光纤传感器;波长编码;m序列;阵列波导光栅;强度解调
中图分类号:O439; TP212.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)10-0040-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.10.009
0 引言
随着现代科技的发展,在各种工业和技术应用中,对于物体的定位要求越来越高,各种位置传感方法也逐渐成熟。基于光纤的光学位置传感器因其抗电磁干扰能力强、可实现远程测量等优点在航空、海洋等场景中应用越来越广泛[1-6]。其中,基于波长编码的光纤位置传感器因为其对光强变化不敏感、稳定性高和可实现绝对定位等特点,在未来具有十分广泛的应用前景。过去常见的一种波长编码位置传感器是基于变线距衍射光栅设计的[7-8]。编码标尺包含多种不同线密度的衍射光栅单元,标尺不同位置的光栅线密度不同,对应的闪耀波长也不同,根据标尺反射回的各波长强度解调位置信息,这对于编码标尺的制作精度要求较高,成本也相应增加[9-10]。基于此,本文提出一种基于波长编码和阵列波导光栅(AWG)解调的光纤位置传感器,结构简单、体积小且有效降低成本。
3 结束语
本文提出了一种基于AWG解调的波长编码光纤位置传感器,详细描述了传感器的定位原理,采用最长线性移位寄存器序列m序列作为编码规则实现绝对定位。该传感器的设计分辨率为编码标尺一个栅格的间距,这一指标会随着栅格精度的提高而得以提升,结合对光路的优化,分辨率可提高至微米级。本文使用激光打标机制作编码标尺有效降低了成本,受到加工精度的限制,按照100 μm的栅距设计光路并搭建了完整的传感系统。采用AWG和多个光电二极管组成的多波长检测系统替代光谱仪对光信号进行解析,提高了响应速度,减小了系统体积,多组实验测试不同位移量下系统的输出信号,实验结果与理论值吻合,验证了分辨率为100 μm的传感器可行性。后续的研究将采用AWG芯片替代本文中的读数头光路进一步简化系统结构,并将红外宽谱LED作为光源以进一步节约成本。本文提出的光纤位置传感器在工程应用中具有巨大的潜力,并为稳定性好、抗电磁干扰和可远程测量的位置传感器研究提供了新思路。