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一种光纤光栅传感系统及其解调方法技术方案

技术编号:17777173 阅读:37 留言:0更新日期:2018-04-22 04:30
本发明专利技术公开了一种光纤光栅传感系统及其解调方法,该传感系统包括混沌光源、光纤分路器、光纤环行器、光纤光栅传感器以及数据处理装置;混沌光源用于产生混沌光,经过光纤分路器,分成信号光和参考光;参考光经光纤分路器第二输出端输出并被数据处理装置采集,信号光经所述光纤分路器、光纤环行器第一输出端之后进入光纤光栅传感器,光纤光栅传感器的反射光由光纤环行器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集;数据处理装置对采集的信号进行处理,解调出待测物理量。本发明专利技术提供的光纤光栅传感系统解决了长距离探测OTDR系统定位误差较大和传统光纤光栅解调系统成本高的问题,实现高精度定位和解调待测物理量的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅传感系统及其解调方法
本专利技术实施例涉及光纤传感技术,尤其涉及一种光纤光栅传感系统及其解调方法。
技术介绍
光纤传感技术的研究始于20世纪70年代,与传统电学传感器相比,光纤传感器具有结构简单、灵敏度高、不受电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、体积小、成本低等许多优点,已在国防、石油管线、电力等领域得到了广泛的应用。光纤光栅是一种通过特定方式使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅,是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点,并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感,因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。现有技术中,一般采用光时域反射技术(OTDR)和波长调制技术进行光纤传感器的定位和解调。但是,OTDR和波长解调技术设备昂贵,且长距离探测时OTDR会存在较大的盲区,大大限制了光纤光栅传感装置的推广和应用。本专利技术实施例提出一种光纤光栅传感系统,其定位精度与距离无关,且不需要昂贵的波长解调设备。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种光纤光栅传感系统及其解调方法,以精确定位及解调待测物理量的变化。第一方面,本专利技术实施例提供了一种光纤光栅传感系统,包括混沌光源、光纤分路器、光纤环行器、光纤光栅传感器以及数据处理装置;所述混沌光源与所述光纤分路器输入端连接,所述光纤分路器第一输出端与所述光纤环行器输入端连接,所述光纤环行器的第一输出端与所述光纤光栅传感器连接,所述光纤分路器第二输出端与所述光纤环行器的第二输出端都与所述数据处理装置连接;所述混沌光源用于产生混沌光,经过所述光纤分路器,分成信号光和参考光;所述参考光经所述光纤分路器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集,所述信号光经所述光纤分路器、所述光纤环行器第一输出端之后进入所述光纤光栅传感器,所述光纤光栅传感器的反射光由所述光纤环行器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集;所述数据处理装置对采集的信号进行处理,解调出待测物理量。进一步的,所述混沌光源是波长可调谐的混沌光纤激光器。进一步的,所述混沌光纤激光器是光纤环形腔激光器、线性腔激光器和八字型光纤激光器中的一种。进一步的,所述混沌光纤激光器的波长调谐范围是1525nm~1565nm。进一步的,所述光纤分路器为分光比为95:5的单端输入,双端输出的光纤分路器。进一步的,所述光纤光栅传感器为温度传感器、压力传感器、应变传感器的一种或多种。进一步的,形成所述光纤光栅传感器的光纤光栅参数完全相同。进一步的,所述光纤光栅的工作波长与所述混沌光源输出的波长相匹配。进一步的,所述数据处理装置包括光电探测器、示波器和计算机;所述光电探测器用于将所述光纤分路器第二输出端与所述光纤环行器第二输出端输出的光信号转换成电信号;所述示波器用于采集所述电信号,并生成数据;所述计算机用于分析处理所述数据,并输出测量结果。第二方面,本专利技术实施例还提供了一种光纤光栅传感系统解调方法,包括如下步骤:调节混沌光源,使所述混沌光源分别输出多个预设波长的混沌光;所述多个预设波长的混沌光分别经过光纤分路器,分成信号光和参考光;所述参考光经所述光纤分路器第二输出端输出并被数据处理装置采集,所述信号光经所述光纤分路器、光纤环行器第一输出端之后进入光纤光栅传感器,所述光纤光栅传感器的反射光由所述光纤环行器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集;对采集的数据进行互相关及数据拟合操作,得到待测物理量的信息。本专利技术实施例通过混沌光源产生混沌光,经过光纤分路器,分成信号光和参考光;参考光经光纤分路器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集,信号光经光纤分路器、光纤环行器第一输出端之后进入光纤光栅传感器,光纤光栅传感器的反射光由光纤环行器第二输出端输出并被数据处理装置采集;数据处理装置对采集的信号进行处理,解调出待测物理量,解决了长距离探测OTDR系统定位误差较大和传统光纤光栅解调系统成本高的问题,实现高精度定位和解调待测物理量的效果。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的光纤传感系统的结构示意图;图2是本专利技术实施例二提供的光纤传感系统解调方法的流程示意图;图3是本专利技术实施例三提供的光纤光栅传感系统结构示意图;图4是本专利技术实施例三中光纤光栅反射光谱示意图;图5是本专利技术实施例三中光纤光栅定位和解调示意图;图6是本专利技术实施例三中的测量结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术,而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的光纤光栅传感系统的结构示意图,该光纤光栅传感系统包括混沌光源1、光纤分路器2、光纤环行器3、光纤光栅传感器4以及数据处理装置5;混沌光源1与光纤分路器2输入端连接,光纤分路器2第一输出端与光纤环行器3输入端连接,光纤环行器3的第一输出端与光纤光栅传感器4连接,光纤分路器3第二输出端与光纤环行器3的第二输出端都与数据处理装置5连接;混沌光源1用于产生混沌光,经过光纤分路器2,分成信号光和参考光;参考光经光纤分路器2第二输出端输出并被数据处理装置采集5,信号光经光纤分路器2、光纤环行器3第一输出端之后进入光纤光栅传感器4,光纤光栅传感器4的反射光由光纤环行器3第二输出端输出并被数据处理装置5采集;数据处理装置5对采集的信号进行处理,解调出待测物理量。其中,光纤分路器2、光纤环行器3、光纤光栅传感器4都是本领域常用的光纤器件,在此不再详述。混沌光源1、光纤分路器2、光纤环行器3、光纤光栅传感器4的连接方式为光纤耦合连接,光纤分路器2第二输出端与光纤环行器3第二输出端输出光信号,由于光信号频率高,不易直接处理,可以理解的是,数据处理装置5包括光电探测器,由光电探测器转换成电信号被数据处理装置5采集并处理。本实施例的技术方案,通过混沌光源产生混沌光,经过光纤分路器,分成信号光和参考光;参考光经光纤分路器第二输出端输出并被数据处理装置采集,信号光经光纤分路器、光纤环行器第一输出端之后进入光纤光栅传感器,光纤光栅传感器的反射光由光纤环行器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集;数据处理装置对采集的信号进行处理,解调出待测物理量,解决了长距离探测OTDR系统定位误差较大和传统光纤光栅解调系统成本高的问题,实现高精度定位和解调待测物理量的效果。进一步的,混沌光源1可以是波长可调谐的混沌光纤激光器。使用混沌光纤激光器的好处是混沌光纤激光器的光纤输出端可以与光纤分路器2直接耦合连接,简化耦合结构。进一步的,混沌光纤激光器是光纤环形腔激光器、线性腔激光器和八字型光纤激光器中的一种。基于光在光纤中的非线性效应环形腔、线性腔和八字形腔都可以产生混沌激光,本领域技术人员可以根据条件灵活选择。进一步的,混沌光纤激光器的波长调谐范围是1525nm~1565nm。可以理解的是,由于技术成熟,通信用普通单模光纤成本极低,本专利技术实施例的光纤光栅传感系统就是利用普通单模光纤连接各光纤器件,混沌光纤激光器可以选用掺铒光纤激光器,其在1525-1565nm范围内有较大增益,且此波长范围的激光在光纤中固有损耗较小。进一步的,光纤分路器本文档来自技高网...
一种光纤光栅传感系统及其解调方法

【技术保护点】
一种光纤光栅传感系统,其特征在于,包括混沌光源、光纤分路器、光纤环行器、光纤光栅传感器以及数据处理装置;所述混沌光源与所述光纤分路器输入端连接,所述光纤分路器第一输出端与所述光纤环行器输入端连接,所述光纤环行器的第一输出端与所述光纤光栅传感器连接,所述光纤分路器第二输出端与所述光纤环行器的第二输出端都与所述数据处理装置连接;所述混沌光源用于产生混沌光,经过所述光纤分路器,分成信号光和参考光;所述参考光经所述光纤分路器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集,所述信号光经所述光纤分路器、所述光纤环行器第一输出端之后进入所述光纤光栅传感器,所述光纤光栅传感器的反射光由所述光纤环行器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集;所述数据处理装置对采集的信号进行处理,解调出待测物理量。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅传感系统,其特征在于,包括混沌光源、光纤分路器、光纤环行器、光纤光栅传感器以及数据处理装置;所述混沌光源与所述光纤分路器输入端连接,所述光纤分路器第一输出端与所述光纤环行器输入端连接,所述光纤环行器的第一输出端与所述光纤光栅传感器连接,所述光纤分路器第二输出端与所述光纤环行器的第二输出端都与所述数据处理装置连接;所述混沌光源用于产生混沌光,经过所述光纤分路器,分成信号光和参考光;所述参考光经所述光纤分路器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集,所述信号光经所述光纤分路器、所述光纤环行器第一输出端之后进入所述光纤光栅传感器,所述光纤光栅传感器的反射光由所述光纤环行器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集;所述数据处理装置对采集的信号进行处理,解调出待测物理量。2.根据权利要求1所述的光纤光栅传感系统,其特征在于,所述混沌光源是波长可调谐的混沌光纤激光器。3.根据权利要求2所述的光纤光栅传感系统,其特征在于,所述混沌光纤激光器是光纤环形腔激光器、线性腔激光器和八字型光纤激光器中的一种。4.根据权利要求2所述的光纤光栅传感系统,其特征在于,所述混沌光纤激光器的波长调谐范围是1525nm~1565nm。5.根据权利要求1所述的光纤光栅传感系统,其特征在于,所述光纤分路器为分光比为95:5...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱秋华
申请(专利权)人:朱秋华
类型:发明
国别省市:江苏,32

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