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专利号: 2021112070611
申请人: 上海第二工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种微波光子滤波器的传感系统,包括:宽谱光源(101),用于产生放大的自发辐射光(Amplified spontaneous emission light);

电光调制器(102),用于将频率范围为f1‑f2的射频信号调制到自发辐射光上,即形成以FSR(Free spectral range)为周期的频谱,其中FSR为微波光子滤波器的自由频谱范围;

多输入多输出的光纤耦合器(103),该光纤耦合器为包含N个输入端口和N个输出端口的光纤耦合器,用来将从输入端口1输入的信号光传输到输出端口1所连接的传感光纤1,输出端口2所连接的传感光纤2,……,以及输出端口k所连接传感光纤k,……,输出端口N所连接的传感光纤N;多输入多输出的光纤耦合器(103)的输入端口1连接电光调制器,输入端口

2连接光电探测器(105),其它输入端口不连接任何光器件,或者添加折射率与光纤匹配的溶液;其中,k为1至N范围内的整数;

传感光纤1‑N(104),该光纤为长度为Lk,其中,k为1至N范围内的整数;用来形成微波光子滤波器,传感光纤k的a端连接多输入多输出的光纤耦合器(103)的输出端口k,b端作为液体折射率(盐度)感应器件,待测量为端面接触液体的折射率(盐度),待测液体存在于传输光纤k的b端的端面上,为了形成微波光子滤波器,传感光纤1‑N(104)中至少有一根传感光纤的b端的端面上存在待测液体,至少有一根光纤的b端的端面上存在匹配液体,其它光纤的b端口上涂有与光纤折射率接近的匹配液,以减少反射光的存在;其中,k为1至N范围内的整数;

光电探测器(105),用来把调制了射频信号的光信号转化为电信号;

频谱分析模块(106),用来把光电探测器输出的电信号转化为频率域的输出,通过对不同频率的电信号响应形成微波光子滤波器的频率响应,即显示输出信号的频谱。

2.如权利要求1所述的系统,其特征为:多输入多输出的光纤耦合器(103)可以采用2×2光学耦合器,且满足如下条件:FSR=c/(2ne|L2‑L1|),其中c为光的传播速度,ne为传感光纤1‑N(104)的折射率,L1和L2分别为传感光纤1和传感光纤2的长度,且f1和f2满足:|f2‑f1|=nFSR。

3.如权利要求1所述的系统,其特征为:该系统中所用到的传感光纤1‑N(104)的两端口的接头类型如下:a端连接多输入多输出的光纤耦合器(103)的输出端口k,a端的接头类型与输出端口k的接头类型相同,即均为PC(Physical Contact)型光纤接头,或者APC(Angle Physical Contact)型光纤接头,b端空置作为感应端面或涂有与光纤折射率接近的匹配液;

测量传感光纤1‑N(104)中某一根传感光纤k的b端的液体折射率(盐度)时,应通过调整另外一根传感光纤(记作传感光纤k+1)的b端的匹配液体折射率(盐度),满足传感光纤k的b端的液体折射率nk与传感光纤k+1的b端的液体折射率nk+1近似相等,即nk≈nk+1,以此来保证微波光子滤波器能够正常工作并实现较高灵敏度传感。

4.如权利要求1所述的系统,其特征为:多输入多输出的光纤耦合器(103)为均匀分光的耦合器,即光波从一个输入端口输入,从各个输出端口输出的光功率平均分配,或者,各个输出端口的分光比为使得微波光子滤波器频率谐振曲线陷波深度Er(dB)最大的数值,其中,微波光子滤波器频率谐振曲线陷波深度Er(dB)定义为:所测得的扫频谱中的最大值和最小值的差值,即Er=Pmax‑Pmin,Pmin为扫频谱中的最小射频功率值,Pmax为扫频谱中的最大射频功率值。

5.如权利要求1所述的系统,其特征为:当传感光纤1‑N(104)中某一根传感光纤k的b端所接触的待测液体不同时,由于所述液体折射率(盐度)不同,所探测到的最小射频信号功率发生变化;该微波光子滤波器的液体折射率(盐度)传感系统通过测量不同液体折射率(盐度)下微波光子滤波器谐振频率处的最小射频功率的变化来实现。

6.如权利要求1所述的系统,

可根据如下方法确定微波光子滤波器谐振频率处的最小射频功率:a)确定宽谱光源的输出光功率PBOS,以及加载到电光调制器上射频信号的功率,或者射频功率对应的射频电压数值;

b)在每种液体折射率(盐度)下,测量光电探测器(105)的扫频谱,读取扫频谱中n个最小值Pminn(dBm),{Pmin1,Pmin2...Pminn};计算n个最小值 的平均值,即

c)或者在每种液体折射率(盐度)下,测量光电探测器的扫频谱,读取扫频谱中n个最小值中的一个,重复扫描n1次,计算n1个最小值 的平均值,即d)将上述根据a)和b)或者根据a)和c)测量的方法形成数据库。

7.如权利要求1所述的系统,其特征为:在实际测量中,对于不同的待测液体,用权利要求6中对应的检测方法进行测量,所得结果与权利要求6所述方法中形成的数据库进行对比,进而得到待测液体折射率(盐度)。