光纤光栅解调仪的通道、频率扩展方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤光栅解调仪频率、通道扩展方法及系统，其中系统包括光源；压电陶瓷型可调谐波长滤波器，用于将通过的光源的光转换为时域上的扫频光；光学栅格生成器，用于选择通过的扫频光，输出标准光谱信号；两个待测光栅通道，连接不同的光栅，输出不同的待测光谱信号；光电转换模块，用于将标准光谱信号和待测光谱信号转换成电信号，并根据不同的扩展模式控制输出信号，包括通道扩展模式和频率扩展模式；数据采集模块，用于采集光电转换模块输出的信号；信号解调模块，用于将数据采集模块采集的信号进行分组、修正、解调和输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤光栅传感领域，能够为压电陶瓷型光纤光栅解调仪提供一种频率和通道的扩展方法。在不增加任何器件的情况下将解调频率或者工作通道数增加一倍。
技术介绍
压电陶瓷型可调谐波长滤波器利用法布里—珀罗结构，通过压电陶瓷改变两个反射镜之间的距离实现可变的波长输出；为实现波长的线性输出，一般采用线性度较好的三角波电压驱动压电陶瓷，其中三角波上升阶段对应的是法布里—珀罗腔由长变短的过程，三角波下降阶段对应的是法布里—珀罗腔由短变长的过程，如图1所示。在过去的光纤光栅解调仪中，由于上升阶段和下降阶段中压电陶瓷所表现出的迟滞效应不一致也不对称，因此一般选择上升阶段进行修正和解调，而将下降阶段的数据完全丢弃。这种处理方式并不聪明而且十分浪费。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中无法有效利用下降沿中数据的缺陷，提供一种在不增加任何器件的情况下将解调仪的工作频率或将解调仪的工作通道数提高一倍的光纤光栅解调仪扩展方法及系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光纤光栅解调仪频率、通道扩展方法，包括以下步骤：宽谱光源通过频率为f的压电陶瓷型可调谐波长滤波器后，进入第一待测光栅通道和第二待测光栅通道，不同的待测光栅通道连接不同的待测光栅；若为通道扩展模式，则在驱动波的上升阶段，输出第二待测光栅通道的光信号，采集该第二待测光栅通道的上升沿光信号并进行修正和解调；在驱动波的下降阶段，输出第一待测光栅通道的光信号，采集该第一待测光栅通道的下降沿光信号并进行修正和解调；若为频率扩展模式，则始终输出其中一个待测光栅通道的光信号，采集该待测光栅通道的上升沿和下降沿光信号，并进行修正和解调，解调后的信号的频率为2f；根据不同扩展模式，分别输出解调后的信号。本专利技术所述的方法中，通过双边沿交叉解调方法对采集的信号进行解调。本专利技术所述的方法中，通过非线性修正方法对采集的信号进行修正。本专利技术所述的方法中，所述驱动波为与驱动压电陶瓷型可调谐波长滤波器工作的三角波同步的矩形波，矩形波上升沿对应了三角波的上升阶段，矩形波的下降沿对应了三角波的下降阶段。本专利技术还提供了一种光纤光栅解调仪频率、通道扩展系统，包括：光源；压电陶瓷型可调谐波长滤波器，用于将通过的光源的光转换为时域上的扫频光；光学栅格生成器，用于选择通过的扫频光，输出标准光谱信号；两个待测光栅通道，连接不同的光栅，输出不同的待测光谱信号；光电转换模块，用于将标准光谱信号和待测光谱信号转换成电信号，并根据不同的扩展模式控制输出信号，在通道扩展模式下，并在驱动波的控制下，上升沿和下降沿分别输出不同待测光栅通道的信号，在频率扩展模式下，仅输出其中一个待测光栅通道的信号；数据采集模块，用于采集光电转换模块输出的信号；信号解调模块，用于将数据采集模块采集的信号进行分组、修正、解调和输出。本专利技术所述的系统中，光电转换模块包含一个多路模拟开关，该多路模拟开关包括两个输入端口、一个地址总线控制端口和一个输出端；每个输入端口分别输入一路待测光栅通道的待测信号；通过地址总线控制端口的输入信号选择输出两路路待测信号中的一路或者两路同时输出。本专利技术所述的系统中，地址总线控制端口的输入信号为与驱动压电陶瓷型可调谐波长滤波器工作的三角波同步的矩形波，矩形波上升沿对应了三角波的上升阶段，矩形波的下降沿对应了三角波的下降阶段。本专利技术所述的系统中，光学栅格生成器为透射型光学器件，宽谱光进入后与透射峰波长重合的光可以通过，其他波长的光则被吸收。本专利技术所述的系统中，数据采集模块中包含一个A/D采样芯片和一个FPGA控制芯片，A/D采样芯片将模拟信号进行A/D转换，FPGA控制芯片在与驱动压电陶瓷型可调谐波长滤波器工作的三角波同步的矩形波的控制下采集A/D转换后的信号。本专利技术所述的系统中，光源为半导体环形腔激光器SOA。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术提出了一种对光谱信号上升阶段、下降阶段分别修正和解调的方法，配合硬件电路，可以实现在不增加任何器件的情况下将解调仪的工作频率或将解调仪的工作通道数提高一倍，从而在相同的成本下，实现更优秀的性能。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是的法布里—珀罗腔的电压—腔长变化曲线。图2是本专利技术提供的系统框图。图3是本专利技术提供的模拟开关图。图4是本专利技术提供的流程图。包括光源1，压电陶瓷型可调谐波长滤波器2，光学格栅生成器3，光电采集模块4，数据采集模块5，数据处理及修正模块6。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术针对传统光纤光栅解调仪的上升阶段解调、下降阶段丢弃的方式，提出了一种效率更高的上升、下降阶段同时解调的方法，从而在不加任何器件的情况下将解调频率或者工作通道数增加了一倍。如图2所示，本专利技术实施例的光纤光栅解调仪的通道、频率扩展系统包括光源1、压电陶瓷型可调谐波长滤波器2、光学栅格生成器31、两个待测光栅通道32和光电转换模块4、采集模块5和信号解调模块6。光源1通过压电陶瓷型可调谐波长滤波器2后变成时域上的扫频光，再经过光学栅格生成器31和待测光栅通道32后，输出标准光谱和待测光谱，光学栅格生成器31的光谱波长值可以通过光谱仪精确测得，并作为之后解调修正的参考。标准和待测光谱信号通过光电转换模块4转变为电信号，光电转换模块4中包含有一个多路模拟开关，通过地址总线控制可以选择输出2路待测信号中的一路或者两路同时输出。光电转换模块4输出的信号被数据采集模块5采集，然后送到数据处理模块6进行分组、修正和解调。光源1为系统提供原始光信号，光谱带宽一般大于50nm，其输出光谱范围不应超过可调谐波长滤波器2的波长调谐范围。可调谐波长滤波器2为系统提供扫频光信号和与驱动压电陶瓷型可调谐波长滤波器工作的三角波同步的矩形波。光学栅格生成器31为透射型光学器件，宽谱光进入后与透射峰波长重合的光可以通过，其他波长的光则被吸收。该器件用于产生波长固定、间隔基本一致的多个透射峰，这些透射峰的波长值可以通过光谱仪精确测量，测量所得的数据被存入仪表内作为解调时的参考；不同的待测光栅通道可以连接不同的待测光栅，待测光栅的波长不能超过光源1的光谱覆盖范围。光电转换模块4将光学栅格生成器31和待测光栅通道输出的光信号转换为电信号供数据采集模块5采集。光电转换模块4中包含一个多路模拟开关，通过地址总线控制可以选择输出两路路待测信号中的一路或者两路同时输出，如图3所示。当地址位A0为高时，模拟开关的输出OUT为CH2中的信号，当地址位A0为低时，模拟开关的输出OUT为CH1中的信号。一般情况下，地址位A0将会连接一个与驱动三角波相位一致的方波信号，方波上升沿对应了三角波的上升阶段，方波的下降沿对应了三角波的下降阶段；因此，该模拟开关在三角波的上升阶段会输出CH2中的数据，在三角波的下降阶段会输出CH1中的数据，然后将两组数据送入数据采集模块5和数据处理模块6进行分析解调，一路A/D采集通道可以同时解调两路待测光栅通道的数据，从而实现了待测光栅通道的扩展。也可以将地址位A0固定连接高电平，此时模拟开关的输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅解调仪频率、通道扩展方法，其特征在于，包括以下步骤：宽谱光源通过频率为f的压电陶瓷型可调谐波长滤波器后，进入第一待测光栅通道和第二待测光栅通道，不同的待测光栅通道连接不同的待测光栅；若为通道扩展模式，则在驱动波的上升阶段，输出第二待测光栅通道的光信号，采集该第二待测光栅通道的上升沿光信号并进行修正和解调；在驱动波的下降阶段，输出第一待测光栅通道的光信号，采集该第一待测光栅通道的下降沿光信号并进行修正和解调；若为频率扩展模式，则始终输出其中一个待测光栅通道的光信号，采集该待测光栅通道的光信号的上升沿和下降沿，并进行修正和解调，解调后的信号的频率为2f；根据不同扩展模式，分别输出解调后的信号。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅解调仪频率、通道扩展方法，其特征在于，包括以下步骤：宽谱光源通过频率为f的压电陶瓷型可调谐波长滤波器后，进入第一待测光栅通道和第二待测光栅通道，不同的待测光栅通道连接不同的待测光栅；若为通道扩展模式，则在驱动波的上升阶段，输出第二待测光栅通道的光信号，采集该第二待测光栅通道的上升沿光信号并进行修正和解调；在驱动波的下降阶段，输出第一待测光栅通道的光信号，采集该第一待测光栅通道的下降沿光信号并进行修正和解调；若为频率扩展模式，则始终输出其中一个待测光栅通道的光信号，采集该待测光栅通道的光信号的上升沿和下降沿，并进行修正和解调，解调后的信号的频率为2f；根据不同扩展模式，分别输出解调后的信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过双边沿交叉解调方法对采集的信号进行解调。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过非线性修正方法对采集的信号进行修正。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驱动波为与驱动压电陶瓷型可调谐波长滤波器工作的三角波同步的矩形波，矩形波上升沿对应了三角波的上升阶段，矩形波的下降沿对应了三角波的下降阶段。5.一种光纤光栅解调仪频率、通道扩展系统，其特征在于，包括：光源；压电陶瓷型可调谐波长滤波器，用于将通过的光源的光转换为时域上的扫频光；光学栅格生成器，用于选择通过的扫频光，输出标准光谱信号；两个待测光栅通道，连接不同的光栅，输出不同的待测光谱信号；光电转换模块，用于将标准光谱信号和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，董雷，印新达，
申请(专利权)人：武汉理工光科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42