[發明專利]基于動態掃描的光纖光柵傳感解調儀及方法

無效

• 申請號: 201310074289.7
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN103162724A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 馬游春;李錦明;譚秋林;蘇淑靖;文豐;丑修建;閆樹斌;王常江
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01B11/16
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及光纖光柵的解調技術，具體是一種基于動態掃描的光纖光柵傳感解調儀及方法。

背景技術

光纖光柵能夠將外界應變信號（如應力信號、應變信號、振動信號、溫度變化信號等）轉換成自身反射譜的中心波長變化信號。因此，通過將光纖光柵進行適當封裝，便可制成光纖光柵傳感器。光纖光柵傳感器因其具有不受電磁輻射干擾、體積小、制作簡單、波長敏感等特點，被廣泛應用于遠距離光學傳感和光學通信領域。在實際應用中，為了保證光纖光柵傳感器能夠正常工作，必需對光纖光柵進行解調。目前，光纖光柵的解調技術主要分為：一、光譜分析技術。此種技術需要進行大量數學計算，因而其解調速度低、不適用于大帶寬應變信號的測量。二、基于可調諧濾波器的波長掃描技術。此種技術波長分辨率高、測量范圍寬、復用能力強，但其解調速度低、使用成本高、不適用于高速與高精度寬量程動態應變信號的同時測量。三、邊緣濾波器技術。此種技術需要為每個光纖光柵配置專門的邊緣濾波器和探測器，因而其使用不方便、使用成本高。四、非平衡M-Z干涉儀解調技術。此種技術存在零點漂移問題，因而其僅適用于動態應變信號的測量。五、強度調制型光纖光柵解調系統。此種技術解調速度高，但受自身非線性特性影響，其解調精度低。綜上所述，現有光纖光柵的解調技術由于自身原理所限，普遍存在解調速度低、解調精度低、使用不方便、使用成本高、以及適用范圍窄的問題。為此有必要發明一種全新的光纖光柵的解調技術，以解決現有光纖光柵的解調技術存在的上述問題。

發明內容

本發明為了解決現有光纖光柵的解調技術解調速度低、解調精度低、使用不方便、使用成本高、以及適用范圍窄的問題，提供了一種基于動態掃描的光纖光柵傳感解調儀及方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：基于動態掃描的光纖光柵傳感解調儀，包括寬帶光源、可調諧濾波器、光纖耦合器、隔離器、光纖光柵、標準具、第一光電探測器、第二光電探測器、第一信號放大調理電路、第二信號放大調理電路、多路同步A/D轉換器、基于FPGA的解調控制電路、計算機、D/A轉換器、以及高壓驅動放大電路；其中，寬帶光源的信號輸出端與可調諧濾波器的信號輸入端連接；可調諧濾波器的信號輸出端與光纖耦合器的信號輸入端連接；光纖耦合器的信號輸出端與隔離器的信號輸入端、光纖光柵的信號輸入端、第一光電探測器的信號輸入端連接；隔離器的信號輸出端與標準具的信號輸入端連接；標準具的信號輸出端與第二光電探測器的信號輸入端連接；第一光電探測器的信號輸出端與第一信號放大調理電路的信號輸入端連接；第二光電探測器的信號輸出端與第二信號放大調理電路的信號輸入端連接；第一信號放大調理電路的信號輸出端、第二信號放大調理電路的信號輸出端均與多路同步A/D轉換器的信號輸入端連接；多路同步A/D轉換器的信號輸出端與基于FPGA的解調控制電路的信號輸入端連接；基于FPGA的解調控制電路的信號輸出端與多路同步A/D轉換器的信號輸入端、計算機的信號輸入端、D/A轉換器的信號輸入端連接；D/A轉換器的信號輸出端與高壓驅動放大電路的信號輸入端連接；高壓驅動放大電路的信號輸出端與可調諧濾波器的信號輸入端連接。

基于動態掃描的光纖光柵傳感解調方法（該方法在本發明所述的基于動態掃描的光纖光柵傳感解調儀中完成），該方法是采用如下步驟實現的：

a.寬帶光源向可調諧濾波器輸出寬帶光；可調諧濾波器將輸入的寬帶光轉換成窄線寬激光，并將窄線寬激光輸出至光纖耦合器；光纖耦合器將輸入的窄線寬激光進行耦合，并將耦合后的窄線寬激光輸出至光纖光柵，同時通過隔離器將耦合后的窄線寬激光輸出至標準具；

b.光纖光柵根據輸入的窄線寬激光形成反射譜；第一光電探測器實時探測形成的反射譜，并將探測到的反射譜輸出至第一信號放大調理電路；第一信號放大調理電路將輸入的反射譜進行放大調理；同時，標準具根據輸入的窄線寬激光形成透射譜；第二光電探測器實時探測形成的透射譜，并將探測到的透射譜輸出至第二信號放大調理電路；第二信號放大調理電路將輸入的透射譜進行放大調理；

c.多路同步A/D轉換器實時同步采集放大調理后的反射譜和透射譜，并將采集到的反射譜和透射譜輸出至基于FPGA的解調控制電路；基于FPGA的解調控制電路在初始三角波掃描周期實時采集可調諧濾波器的高壓驅動信號和標準具的Mag?Flag特征波長位置，并將采集到的高壓驅動信號和Mag?Flag特征波長位置以及輸入的反射譜和透射譜輸出至計算機；