[發明專利]一種面向海洋環境監測的FBG光纖傳感解調系統

有效

• 申請號: 201811474823.2
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109506683B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 汪洋;丁麗琴;胡子祥;劉露平;瞿儂
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕

本發明提出了一種面向海洋環境監測的FBG光纖傳感解調系統，包括：信號輸入源以及信號傳感模塊；還包括解調技術模塊以及信號處理模塊。其中，解調技術模塊用于接收和解調所述信號傳感模塊輸出的反射光信號，輸出解調后的透射光信號，并將所述透射光信號轉換為電信號，信號處理模塊對解調技術模塊輸出的電信號進行采集，并通過信號處理算法，獲得解調后被監測變量的信息。本系統基于可調諧光纖FP濾波器，采用了尋峰算法和自適應濾波改進算法相結合的級聯算法，在硬件設施不更改的前提下，提高系統的解調精度，改善系統性能。

技術領域

本發明涉及海洋傳感器和光纖通信領域，具體涉及一種用于海洋環境檢測的FBG光纖傳感器的解調系統。

背景技術

目前海洋監測的主要手段有衛星遙感、船舶浮漂等自動監測以及樁基平臺固定監測等，這些都離不開海洋傳感器技術，傳統的物理學傳感器在海洋監測中其穩定性差，成本高，大多是基于電信號的傳輸，通常結構較大不耐用，難以嵌入測量內部特性的結構，并且這類傳感器屬于局部(或點)傳感器，被限制只能測量當前位置上的一種參數，不能輕易復用。另外，無法實現長期的在線預警，已經不能滿足當前應用的需求。為了解決上述問題，提出了一種新型的光纖傳感監測技術。光纖傳感技術不僅提供了實時且遠距離監測樁體結構的可能性，還能夠兼顧指定參數傳感或同時傳感多種海底參數信息。其中功能性的傳感原件，布拉格光纖光柵傳感器(Fiber Bragg Grating，FBG)具有絕緣、抗電磁干擾以及耐水、耐腐蝕等優點，都是傳統傳感器無可比擬的，特別是光纖光柵在性能上更穩定、更可靠、更準確，且成本更低。

FBG傳感器屬于波長調制型光纖傳感器，光纖光柵是利用光纖材料的光敏性在纖芯內形成空間相位光柵，相當于一個窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。當外界環境改變時，Bragg中心波長發生漂移，測量此波長的漂移量就可檢測外界被測量的變化，即通過獲取傳感器輸出信號的光譜來實現信號解調。目前限制光纖光柵傳感器大量實際應用的最主要障礙就是光纖光柵傳感信號的解調。使用光譜儀是解調最直接的方法，但由于光譜儀昂貴且不易攜帶，同時由于此類儀器并不是專門為測溫、應變等所設計，因此只適合實驗室研究，并不適用于現場檢測。

現有技術中解調系統可分為兩大塊，信號解調模塊以及信號處理模塊。其中，信號解調模塊的核心在于解調技術的選擇。傳統的光柵解調技術主要有匹配濾波法、非平衡馬赫-曾德干涉解調法、可調諧窄帶光源解調法、可調諧光纖FP(Fabry-Perot,F-P)濾波解調法等。鑒于可調諧光纖FP濾波器的靈敏度高、調諧范圍大，穩定性好等，在用于海洋環境監測時選擇基于此解調技術來設計。

光纖解調系統中還有一個核心模塊是信號處理模塊，其中信號的處理算法通常單獨采用尋峰算法或者是其他的濾波算法對采集到的信號進行去噪處理以獲取更加精準的光譜峰值波長。在FBG傳感解調系統中，由于光路和電路都涉及到很多硬件電路模塊，其解調過程中必然存在很大的噪聲。結合海洋領域監測參數的精度需求，需要更加優化的信號處理模塊，用于提高系統的解調精度，以獲得更加精準有價值的海洋信息。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是如何優化光纖解調系統的信號解調子系統，用于提高系統的解調精度，以獲得更加精準有價值的海洋信息。

為解決上述技術問題，本發明提出一種面向海洋環境監測的FBG光纖傳感解調系統，包括：

信號傳感子系統，包括信號輸入源以及信號傳感模塊，其中，信號輸入源用于產生系統所需的光源信號，光源信號經傳輸光纖進入信號傳感模塊，信號傳感模塊通過FBG傳感元件采集和獲取被監測變量影響而產生的反射光信號；

信號解調子系統，包括解調技術模塊以及信號處理模塊，其中，解調技術模塊用于接收和解調所述信號傳感模塊輸出的反射光信號，輸出解調后的透射光信號，并將所述透射光信號轉換為電信號，信號處理模塊對解調技術模塊輸出的電信號進行采集，并通過尋峰算法和自適應濾波改進算法級聯的信號處理算法，獲得解調后被監測變量的信息。