一种基于VCSEL的超高速光纤光栅传感系统及其方法

摘要

本发明公开了一种基于VCSEL的超高速光纤光栅传感系统，包括VCSEL激光光源、传感探头和光电转换模块，传感探头包括倾斜光纤光栅和包层-纤芯能量再耦合结构，光电转换模块包括振动信息解调和衰减基准获取两部分，外部数据处理装置给出系统归一化输出。实现方法为：VCSEL激光光源输出高速周期调制激光至光纤耦合器，其中一路光信号通过衰减器、光电转换后得到基准电信号；另一路光信号进入光纤探头，得到包含环境振动信息的反射光信号，经光电转换后得到振动电信号；将振动电信号除以基准电信号得到传感系统归一化输出。本发明可实现超高速（高于MHz）、高灵敏度（优于15dB）振动传感，系统集成度高、成本低（无需滤波），归一化输出消除温变影响，稳定度高。

主权项

一种基于VCSEL的超高速光纤光栅传感系统，其特征在于，包括VCSEL激光光源、传感探头和光电转换模块，所述VCSEL激光光源、传感探头和光电转换模块三者通过光纤环形器或耦合器连接；所述VCSEL激光光源由电流驱动装置驱动；所述传感探头包括支承构件、外壳、聚合物弹性管、光纤探头和光纤导线，所述光纤探头包括倾斜光纤光栅和包层‑纤芯能量再耦合结构，所述聚合物弹性管外侧由外壳保护，聚合物弹性管一端固定于支承构件上，另一端悬空感测振动，光纤探头封装在聚合物弹性管内，并通过光纤导线与光纤环形器或耦合器相连；所述光电转换模块分为两部分，第一部分包括第一光电探测器，用于将包含环境振动信息的反射光信号转换为振动电信号，第二部分包括第二光电探测器和衰减器，衰减器用于将VCSEL激光光源输出的周期调制激光经光纤耦合器后的光信号衰减一定比率，得到基准光信号，第二光电探测器用于将基准光信号转换为基准电信号；光电转换模块与外部数据处理装置连接，数据处理装置用于归一化计算基准电信号和振动电信号，得到传感系统的输出值。