[發明專利]一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調系統及方法

有效

• 申請號: 201710532646.8
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107270950B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 顏士博;李永善;余小紅
• 申請（專利權）人: 上海鐵路通信有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D21/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

1.一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調系統，其特征在于，包括波長可調激光器(1)、光纖分路器(2)、光纖耦合器(3)、光纖光柵傳感器(4)、光電探測器(5)、調理-放大-采樣電路(6)和嵌入式控制器(7)，所述的嵌入式控制器(7)的控制端口連接波長可調激光器(1)，波長可調激光器(1)輸出的激光經過光纖分路器(2)分路后，各光束分別由對應的光纖耦合器(3)輸出到對應的光纖光柵傳感器(4)，由光纖光柵傳感器(4)反射的激光依次經對應的光纖耦合器(3)和光電探測器(5)進入調理-放大-采樣電路(6)，然后返回到嵌入式控制器(7)，所述的光纖分路器(2)輸出端連接多個分路，其中一個分路連有一個用于誤差修正的參考光纖光柵傳感器(40)，其余的分路上均串聯了多個光纖光柵傳感器(4)，每個分路串聯一個光纖耦合器(3)和一個光電探測器(5)，

采用所述的嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調系統獲取環境參數的步驟，包括自動標定、段式掃描和數據處理，

其中，所述的自動標定采用全波段自動掃描，包括：嵌入式控制器(7)在全工作波段內按照標定掃描步長ΔS以增量的方式控制波長可調激光器(1)特定功率和特定波長的輸出，對光纖光柵傳感器(4)進行掃描，對掃描到的每個光纖光柵傳感器(4)記錄三個標定參數：嵌入式控制器(7)設置的波長可調激光器(1)的標定輸出數值、嵌入式控制器(7)獲取的反射光譜的標定最大功率以及嵌入式控制器(7)從輸出波長可調激光器(1)的控制信號到獲取反射光譜的標定最大功率之間的標定延時ΔTi；

嵌入式控制器(7)對每一個光纖光柵傳感器(4)的標定參數按先后順序增加索引并分組存儲，每個索引對應一個特定光柵的三個標定參數；

所述的段式掃描包括：嵌入式控制器(7)根據標定階段記錄的索引及標定參數，設置對應的掃描段，每個索引對應一個掃描段，各掃描段的嵌入式控制器(7)輸出數值的起點為標定輸出數值-ΔD，終點為標定輸出數值+ΔD，使掃描段的波長范圍為預估的中心波長偏移范圍，在每個掃描段內以步長ΔS進行掃描，獲取各掃描段內的反射光譜的最大功率Pimax及對應的波長可調激光器(1)的輸出數值Di；

所述的數據處理包括：根據自動標定和段式掃描獲得的數據進行比較，得到對應光纖光柵傳感器(4)的中心波長偏移量，從而獲取相關的環境參數。

2.根據權利要求1所述的一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調系統，其特征在于，所述的光纖光柵傳感器(4)為光纖布拉格光柵傳感器。

3.根據權利要求1所述的一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調系統，其特征在于，所述的光電探測器(5)為PIN光電探測器和APD光電探測器中的一種。

4.根據權利要求1所述的一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調系統，其特征在于，所述的嵌入式控制器(7)的控制端口為SPI、USART、UART、CAN、USB、RS232、RS485、RS422、以太網端口中的一種。

5.根據權利要求1所述的一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調系統，其特征在于，所述的嵌入式控制器(7)為ARM、DSP、MIPS、FPGA、CPLD和x86 SOC其中的一種或幾種組合。

6.根據權利要求1所述的一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調系統，其特征在于，所述的系統中，各光纖光柵傳感器(4)的初始中心波長互不相同，且中心波長偏移后的波長范圍互不重疊。

7.根據權利要求1所述的一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調系統，其特征在于，所述的數據處理具體為：每個掃描周期前利用參考光纖光柵傳感器(40)計算輸出數值Di和輸出波長之間的修正值，在每個段掃描結束后，將當前掃描段的反射光譜的最大功率Pimax及對應的輸出數值Di，與對應的標定階段的反射光譜的標定最大功率及對應的標定輸出數值進行比較運算，再根據修正值進行修正，得到對應光纖光柵傳感器(4)的中心波長偏移量，從而獲取相關的環境參數。