一种基于多波长脉冲差分调制的光纤光栅阵列传感解调系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多波长脉冲差分调制的光纤光栅阵列传感解调系统，包括：多波长激光光源、光电调制器、光纤光栅传感链路和解调装置；光纤光栅传感链路包括：光环形器、光波分复用器、n个光延迟线和由n个光纤光栅构成的光纤光栅阵列。本发明专利技术通过脉冲光返回时间来确定传感光栅单元所在位置，从而能够在覆盖较大范围的传感监测区域中快速准确的确定所传感参量发生变化的实际对应位置。采用多波长调制技术，将调制在多波长上的脉冲光作为传感信号光，具有更高的功率谱密度，因而在接收时具有更高的信噪比。在不同传感支路上使用不同的两相邻波长，通过波分复用技术可以对不同传感支路反射光进行并行处理，提高传感解调的速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤传感领域，更具体地，涉及一种基于多波长脉冲差分调制的光纤光栅阵列传感解调系统。
技术介绍
光纤光栅传感解调技术是光纤光栅传感技术工程化研究的一个重要的研究领域。以光纤作为传输介质，通过各种传感复用技术大规模接入光纤光栅传感单元阵列，从而实现大容量、高精度、长距离的准分布式光纤光栅传感系统和网络。由于光纤光栅传感器具有体积小、质量轻、安全性高、抗电磁干扰、耐腐蚀等独特优势，相较传统的传感系统，光纤光栅传感系统与网络更加广泛地应用于工程结构健康监测、环境指标监测保护、电网安全运行维护、海洋资源勘探开发、国防安全等特殊领域中。目前，光纤光栅传感系统和网络面临着传感解调容量有限、传感解调速度较慢以及解调信噪比要求较高等难题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于多波长脉冲差分调制的光纤光栅阵列传感解调系统，旨在解决传统的光纤传感解调系统中解调容量小、解调速度慢以及解调所需信噪比高的问题。本专利技术提供了一种基于多波长脉冲差分调制的光纤光栅阵列传感解调系统，包括：多波长激光光源、光电调制器、光纤光栅传感链路和解调装置；所述光电调制器的输入端连接至多波长激光光源的输出端，所述光纤光栅传感链路的输入端连接至所述光电调制器的输出端，所述光纤光栅传感链路的输出端连接所述解调装置；所述多波长激光光源用于产生多波长连续光；所述光电调制器用于对所述多波长连续光在时域进行强度调制后获得一定重复频率与脉冲宽度的调制脉冲序列；所述光纤光栅传感链路用于对调制脉冲序列进行反射作用并输出传感信号光，其中，位于不同波长的调制脉冲序列将被不同工作波长的光纤光栅所反射，而相同波长的调制脉冲序列在被相同工作波长的光纤光栅反射同时，不同反射时刻将由对应光纤光栅不同位置所决定；所述解调装置用于对所述传感信号光进行解调并获得传感信息变化量以及传感量变化位置。更进一步地，所述光纤光栅传感链路包括：光环形器、光波分复用器、n个光延迟线和由n个光纤光栅构成的光纤光栅阵列；所述光环形器的输入端作为所述光纤光栅传感链路的输入端，所述光环形器的输出端作为所述光纤光栅传感链路的输出端；所述光波分复用器的第一输入输出端连接至所述光环形器的输入输出端；所述光波分复用器具有n个第二输入输出端，每一个第二输入输出端均通过一个光延迟线和一个光纤光栅连接；n为大于等于2的正整数；所述光环形器用于接收调制好的多波长光并输出返回的传感信号光；所述光波分复用器用于将多波长脉冲光按照两两分组，分别进入到不同传感支路进行检测；所述光延迟线用于通过引入不同的延时，使得在解调时不同支路的返回脉冲出现在不同的时刻范围内，从而起到区分识别不同传感支路的作用；所述光纤光栅阵列用于提供准分布式传感信息。更进一步地，所述光纤光栅阵列中每一路光纤光栅串具有相同的反射波长，且不同传感支路上光纤光栅串的反射波长不相同。更进一步地，不同传感支路上光纤光栅串的反射波长设置为入射该条传感支路的两个信号光波长之间。更进一步地，不同传感支路上光纤光栅串的反射波长设置为相邻两个波长中间处。更进一步地，工作时，调制脉冲序列经环形器后入射到光波分复用器中，波分复用器按照入射光的波长进行两两分配，使得进入到光纤光栅阵列中每一条支路上有两个相邻波长的脉冲调制光，且每条支路上的两个相邻波长脉冲调制光将经过不同时延量的光延迟线，入射光经过光纤光栅阵列反射后再次通过光波分复用器与光环形器后输出传感信号光。更进一步地，所述n为光源的波长数目的一半。更进一步地，所述解调装置包括：依次连接在所述光纤光栅传感链路的输出端的光电探测器、数据采集卡和数据处理单元；所述光电探测器用于接收所述传感信号光并将其转换为电信号；所述数据采集卡用于采集所述电信号；所述数据处理单元用于对电信号进行处理后获得每个脉冲的延时量。本专利技术中通过脉冲光返回时间来确定传感光栅单元所在位置，从而能够在覆盖较大范围的传感监测区域中快速准确的确定所传感参量发生变化的实际对应位置。通过相邻波长的两处脉冲光进行强度差分计算，可以得到该反射光栅单元的波长漂移量。本专利技术采用多波长调制技术，将调制在多波长上的脉冲光作为传感信号光，对比传统常采用的自发辐射宽光谱光源，具有更高的功率谱密度，因而在接收时具有更高的信噪比。此外在不同传感支路上使用不同的两相邻波长，通过波分复用技术可以对不同传感支路反射光进行并行处理，从而可以避免空间切换工作方式，提高传感解调的速度。由于信噪比增加，使得传感距离可以延长，继而结合时分复用技术，使得同一条支路上可接入的传感单位数目可以得到进一步增加，从而增加整个光栅传感阵列的解调容量。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于多波长脉冲差分调制的光纤光栅阵列传感解调系统结构示意图。其中，1为多波长激光光源，2为光电调制器，3为光环形器，4为光波分复用器，5为光延迟线，6为光纤光栅阵列，7为光电探测器，8为数据采集卡，9为数据处理单元。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。本专利技术提供的基于多波长脉冲差分调制的光纤光栅阵列传感解调系统可以应用于工程结构健康监测、环境指标监测保护、海洋资源勘探开发等领域。本专利技术提供的光纤光栅阵列传感解调系统是一种大容量、高信噪比、快速的准分布式光纤传感解调方案，能够克服传统的光纤传感解调方案中解调容量小、解调速度慢以及解调所需信噪比高的不足之处。本专利技术中光纤传感解调方案的多波长脉冲调制光由多波长激光光源配合光电调制器共同产生。多波长激光光源1用于产生具有0.4nm-2nm波长间隔的窄带多波长光。光电调制器2用于将多波长连续光调制成0.4nm-2nm重复频率与脉冲宽度的光脉冲序列。光纤光栅传感链路由光环形器3、光波分复用器4、光延迟线5、光纤光栅阵列6组成。光环形器3的作用是将调制好的多波长光传递到光纤光栅传感链路，并将从链路中返回的传感信号光传递到解调装置。光波分复用器4的作用是将多波长脉冲光按照两两分组，分别进入到不同传感支路进行检测。光延迟线5的作用是通过引入不同的延时，使得在解调时不同支路的返回脉冲出现在不同的时刻范围内，从而起到区分识别不同传感支路的作用。光纤光栅阵列6主要是作为传感单元，提供准分布式传感信息。光纤光栅阵列中每一路光纤光栅串具有相同的反射波长，并且反射率较低，从而可以降低光栅间的多路径串扰效应。不同传感支路上光纤光栅串的反射波长并不相同，该波长一般会设计在入射该条传感支路的两个信号光波长之间。作为本专利技术的一个优选实施例，是将该波长选择在相邻两个波长中间处，这样可以保证在传感参量没有变化情况下，相邻两返回脉冲的强度差分为1，从而更好得起到归一化标定的作用。解调装置由光电探测器7、数据采集卡8及数据处理单元9构成。光电探测器7作用是将返回的传感信号光转化成电信号。数据采集卡8作用是将转化成的模拟电信号转化成数字数据信号。数据处理单元9的作用是将得到的数字数据信号通过数据算法分析，提取传感光栅的位置信息以及传感参量的变化信息。本专利技术采用多波长调制的脉冲光作为传感信号光，对比传统的宽光谱光源具有更高的信噪比，可以对不同传感支路反射光进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多波长脉冲差分调制的光纤光栅阵列传感解调系统，其特征在于，包括：多波长激光光源(1)、光电调制器(2)、光纤光栅传感链路和解调装置；所述光电调制器(2)的输入端连接至多波长激光光源(1)的输出端，所述光纤光栅传感链路的输入端连接至所述光电调制器(2)的输出端，所述光纤光栅传感链路的输出端连接所述解调装置；所述多波长激光光源(1)用于产生多波长连续光；所述光电调制器(2)用于对所述多波长连续光在时域进行强度调制后获得一定重复频率与脉冲宽度的调制脉冲序列；所述光纤光栅传感链路用于对调制脉冲序列进行反射作用并输出传感信号光，其中，位于不同波长的调制脉冲序列将被不同工作波长的光纤光栅所反射，而相同波长的调制脉冲序列在被相同工作波长的光纤光栅反射同时，不同反射时刻将由对应光纤光栅不同位置所决定；所述解调装置用于对所述传感信号光进行解调并获得传感信息变化量以及传感量变化位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于多波长脉冲差分调制的光纤光栅阵列传感解调系统，其特征在于，包括：多波长激光光源(1)、光电调制器(2)、光纤光栅传感链路和解调装置；所述光电调制器(2)的输入端连接至多波长激光光源(1)的输出端，所述光纤光栅传感链路的输入端连接至所述光电调制器(2)的输出端，所述光纤光栅传感链路的输出端连接所述解调装置；所述多波长激光光源(1)用于产生多波长连续光；所述光电调制器(2)用于对所述多波长连续光在时域进行强度调制后获得一定重复频率与脉冲宽度的调制脉冲序列；所述光纤光栅传感链路用于对调制脉冲序列进行反射作用并输出传感信号光，其中，位于不同波长的调制脉冲序列将被不同工作波长的光纤光栅所反射，而相同波长的调制脉冲序列在被相同工作波长的光纤光栅反射同时，不同反射时刻将由对应光纤光栅不同位置所决定；所述解调装置用于对所述传感信号光进行解调并获得传感信息变化量以及传感量变化位置。2.如权利要求1所述的光纤光栅阵列传感解调系统，其特征在于，所述光纤光栅传感链路包括：光环形器(3)、光波分复用器(4)、n个光延迟线和由n个光纤光栅构成的光纤光栅阵列(6)；所述光环形器(3)的输入端作为所述光纤光栅传感链路的输入端，所述光环形器(3)的输出端作为所述光纤光栅传感链路的输出端；所述光波分复用器(4)的第一输入输出端连接至所述光环形器(3)的输入输出端；所述光波分复用器(4)具有n个第二输入输出端，每一个第二输入输出端均通过一个光延迟线和一个光纤光栅连接；n为大于等于2的正整数；所述光环形器(3)用于接收调制好的多波长光并输出返回的传感信号光；所述光波分复用器(4)用于将多波长脉冲光按照两两分组，分别进入到不同传感支路进行检...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏历，李莉莎，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42