[發明專利]防止壓電執行器蠕變的光纖光柵波長解調系統及解調方法

有效

• 申請號: 201910334688.X
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110044399B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 張小棟;牛杭;邸發貴
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種防止壓電執行器蠕變的光纖光柵波長解調系統和方法，系統中寬帶光源發出的光依次經過光隔離器、可調諧F?P濾波器和光耦合器后分成兩路，其中一路通過F?P標準具，另一路經過環形器后被光纖光柵反射；上述兩條通道的光信號經過光電轉換和信號調理電路后被數據采集卡采集并送入上位機；數據采集卡的一路模擬輸出電壓經過比例電路后與另一路模擬輸出電壓通過求和電路對可調諧F?P濾波器進行驅動。上位機程序一方面監測數據采集卡的輸入電壓，另一方面利用監測的數據計算波長解調靈敏度和控制特征值，并對數據采集卡的輸出電壓進行控制，消除可調諧F?P濾波器中壓電執行器蠕變的影響，完成光纖光柵波長解調。

技術領域

本發明屬于光纖光柵的波長解調技術，具體涉及一種防止壓電執行器蠕變的光纖光柵波長解調系統及解調方法。

背景技術

光纖光柵(fiber Bragg grating，FBG)通過將應變、溫度等信息轉化為其反射波長偏移量來實現對物理量的傳感測量。因此，在以FBG為傳感單元的測量系統中，波長解調是核心環節。目前，在商品化的波長解調儀中，廣泛采用的是基于波長掃描的波長解調方法。這種方法的一個突出優點是便于實現大容量、分布式FBG的波長解調。然而在進行高速波長解調時，基于這種方法的測量系統成本將變得非常高。與之相比，基于邊緣濾波的波長解調方法從原理上可以更經濟得實現高速波長解調。邊緣濾波型FBG波長解調系統的原理可以簡述如下：寬帶光源發出的光依次經過光濾波器和FBG后，FBG的反射光強與其反射波長偏移量具有對應關系，因此通過檢測FBG的反射光強值(利用光電轉換裝置)便可以實現FBG的波長解調。近幾年，研究人員在該領域的研究重點在固定型光濾波器的開發使用上，常見的固定型光濾波器主要有：FBG，長周期光纖光柵，啁啾光纖光柵，陣列波導光柵，波分復用器，法布里-珀羅(F-P)腔等。使用這種固定型的光濾波器雖然可以降低成本，但是由于濾波特性固定，所以能夠解調的波段非常有限。解決以上問題的方法是采用濾波特性可調節的光濾波器，這樣便可以根據實際光柵的波長調節光濾波器的濾波特性。可調諧F-P腔為常用的一種濾波特性可調節型光濾波器。可調諧F-P濾波器可看成由兩塊兒鍍有高反射膜的玻璃板組成，其中一塊兒玻璃板固定，另一塊而玻璃板和壓電執行器固聯在一起。這樣，通過給壓電執行器施加不同的電壓可以使其中一塊兒玻璃板移動，從而可調諧F-P濾波器的腔長發生變化，進而其透射波長發生改變。

在進行波長解調時，要求可調諧F-P濾波器的腔長(透射波長)不變，這樣FBG的反射光強信息才能夠反應其反射波長的偏移量。但壓電執行器具有蠕變特性，即當壓電執行器的驅動電壓為恒定值時，其仍然會發生緩慢的位移變化，而這種位移變化會改變可調諧F-P濾波器的透射特性，進而造成解調系統靜態工作點的漂移。如果靜態工作點在漂移的過程中未超出線性測量區間，則仍可以利用一個高通濾波器進行動態波長解調(因為蠕變是一個緩慢過程)，但由于蠕變的影響，此時靜態波長解調將無法完成；而一旦靜態工作點超出線性測量區間(在自然狀態下，這一時刻總會出現)，由于靈敏度的變化，波長解調必然出現較大誤差。

發明內容

為了解決上述靜態波長解調失效和靜態工作點漂移導致解調誤差的問題，本發明的目的是提供一種具有壓電執行器蠕變補償功能的邊緣濾波型光纖光柵波長解調系統及方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是，防止壓電執行器蠕變的光纖光柵波長解調系統，包括比例電路和求和電路，所述比例電路和求和電路連接在數據采集卡和可調諧F-P濾波器之間，其中：數據采集卡共設置有兩路模擬輸出電壓，其中一路(設此通道為AO0)模擬輸出電壓經過比例電路后輸入求和電路，另一路(設此通道為AO1)模擬輸出電壓直接輸入求和運算電路，所述求和運算電路的輸出端輸出驅動信號至可調諧F-P濾波器進行驅動。

進一步的，還包括寬帶光源以及依次設置在所述寬帶光源輸出端的光隔離器、可調諧F-P濾波器和光耦合器；所述寬帶光源發出的光依次經過光隔離器、可調諧F-P濾波器和光耦合器后分成兩路，其中一路通過F-P標準具，此條通道定義為反饋通道，另一路經過環形器后被光纖光柵反射，此條通道定義為測量通道；