基于ＣＰＬＤ的时分复用光纤光栅传感测试系统，它属于光纤传感测量技术领域，它解决了现有的基于波分复用技术的传感系统光纤光栅复用数目受到限制，及基于时分复用技术的传感系统的结构复杂、使用灵活性差，不能实现对多个传感元进行同时监测的问题。本发明专利技术的耦合器（３）输出的反射光通过光电信号转换器（５）输入到ｍ个信道开关（７）的信号输入端，ＣＰＬＤ控制电路（６）输出调制信号给电光调制器（２），且输出ｍ个开关导通控制信号给ｍ个信道开关（７）的控制信号输入端，使各个光纤光栅传感元的传感信息按照时序同步分别通过信道开关（７）进入传感信号检测器（８）进行检测。本发明专利技术可以根据需要修改脉冲调制信号的周期和占空比以及延时开关控制信号的时序，大大增加了系统的灵活性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感测量
，它涉及一种网络化光纤光栅传感系统。
技术介绍
光纤光栅相对来说比较柔软(布置比较灵活)，传感回路易于植入或附着在结构表面而不会对材料的性能和结构造成影响，可用来监测应变、温度以及结构完整性方面的信息。与其它类型的传统传感器相比，尽管它的价格还是比较高，但它的最大优点是其可复用，进行网络化传感。这样使得每个传感器平均价格比较低，因此对大规模传感应用来说，光纤光栅传感网络应该是首选的技术。在现有的技术中，中国专利CN1384341A公开的“一种压力与温度同时检测的光纤光栅传感器”，中国专利CN1563916A公开的“一种光纤光栅温度传感器及其制造方法”，中国专利CN1412530A“应变和温度同时测量的单光纤光栅封装方法及其传感器”，其实现了通过光纤光栅对待测量的测量，而且结构比较简单，性能比较稳定，但是它们没有发挥出光纤光栅的优点，实现网络化传感，单根光栅的传感器造价也比较昂贵，性价比不高。光纤光栅传感网络的复用技术主要有波分复用、时分复用两种结构。波分复用技术较为成熟，中国专利CN1527028A“一种用于油气管线检测的光纤光栅传感测试系统”，中国专利CN1614359A“实现多通道光纤光栅传感装置高灵敏度测量的方法”，都是基于波分复用技术研制成功的。但是光纤光栅波分复用传感技术是光纤光栅传感元对光源在一定波长范围内进行分割，每个传感元占有一定的波长范围，不同的传感元对应的波长不能相互重叠，这使得光纤光栅复用数目受到光源带宽的限制，而且每个光纤光栅传感元的应变测量范围受到相邻两个光栅波长的制约，在需要大量传感元、大应变测量范围的结构中不太适用。光纤光栅时分复用传感技术是在同一光纤上可能串接着诸多传感元，光信号依时序在不同传感元之间进行分配并识别，所以它可复用的传感器的数目理论上可以很多，更适合于大型网络化的传感要求。(Weis RS，Kersey AD，Berkoff T A，“A four-element fiber grating sensor array with phase-sensitivedetection”，IEEE Photon.Technol.Lett.，1994，6(12)1469～1472)和(余有龙，谭华耀，何海律等，“高分辨率单信道输出的光纤光栅系统时域地址查询技术”，《光学学报》，Vol.21，No.7874-877)利用时分复用技术对串接在同一光纤上的光纤光栅传感元成功进行了应变检测。但他们都采用单信道输出方式，每次只能查询单一传感元，不具备实时监测能力。而且它需要外加辅助的光信号调制脉冲发生源、延时控制器等仪器，使得系统的集成度不高，性价比不高，难于实现实用化。脉冲调制信号、延时信号不是同一时钟管理，各个器件时钟差异容易造成时序逻辑混乱的现象。另外系统受专门时钟信号控制，传感元间要呈等光程分布，以确保精确的延时，便于协调电子开关与脉冲源之间的操作，系统一旦设计好，无法再作调整，使得传感网络缺乏灵活性，难以实现大批量的商用化。
技术实现思路
为了解决现有的基于波分复用技术的传感系统光纤光栅复用数目受到限制，及基于时分复用技术的传感系统的结构复杂、使用灵活性差，不能实现对多个传感元进行同时监测的问题，本专利技术提供了一种基于CPLD的时分复用光纤光栅传感测试系统，相对于基于波分复用技术的传感系统，它不受光源带宽的限制，大大增加了光纤光栅传感元的数目，相对于基于时分复用技术的传感系统，它极大增加了系统检测的灵活性，能用于对多个光纤光栅传感元进行实时监测；并用来实现对大型复杂结构的健康监测。本专利技术的装置由光源发生器1、电光调制器2、耦合器3、传感信号检测器8、串接有m个光栅传感元4-1的光纤4、CPLD控制电路6、m个信道开关7、m个传感信号检测器8、光电信号转换器5和系统时钟电路9组成，光源发生器1的输出端连接电光调制器2的光输入端，电光调制器2的光输出端连接耦合器3的输入端，耦合器3输出的带有光栅传感信息的入射光耦合进入光纤4中；CPLD控制电路6的调制信号输出端连接电光调制器2的调制信号输入端，耦合器3输出的反射光通过光电信号转换器5输入到m个信道开关7的信号输入端，每个信道开关7的信号输出端分别连接传感信号检测器8的输入端，CPLD控制电路6的m个开关延时控制信号输出端分别连接m个信道开关7的控制信号输入端，系统时钟电路9的输出端连接CPLD控制电路6的时钟信号输入端；所述光电信号转换器5用于将波长编码的传感信息转换为相位编码的传感信息，其中m为非零的自然数。工作原理CPLD控制电路6发出的脉冲控制电光调制器2将连续宽带光调制成频率为f的脉冲光源射入由m个光栅传感元4-1组成的光纤4中，进入光纤的入射脉冲光被光纤光栅调制成带有传感信息的具有一定时间间隔的反射光脉冲串，该时间间隔由光纤光栅串中各个光栅传感元4-1的间距决定；本专利技术将此具有时间间隔的脉冲串经放大后进入m个信道开关7组成的开关阵列中，并为该脉冲信息的传输分配了m个信道，这m个信道的开启由CPLD控制电路6输出的开关延时控制信号决定，该开关延时控制信号根据传感光栅串m个脉冲返回开关时间的先后顺序来对信道开关7进行选通，确保来自第i(1≤i≤m)光栅传感元4-1的传感信号通过第i信道开关7输出。本专利技术采用系统时钟电路9为调制信号发生电路和开关延时控制信号发生电路提供了同一个时钟信号。本专利技术利用可编程逻辑器件CPLD的在线可编程功能，实现了时分复用光纤光栅传感测试系统可以根据现场的实际情况在线修改脉冲调制信号的周期和占空比以及延时开关控制信号的时序，且可随时修改信道控制的延迟时间，极大增加了系统的灵活性，从原理上免除了时域地址查询技术对传感元等间距的要求。本专利技术对信号的时分处理采用多路并行寻址方式，大大减小了开关的寄生噪声，极大的提高了信号的信噪比；脉冲调制信号、延时信号实现了同时钟管理，避免了各个器件时钟差异带来的时序逻辑混乱的现象。采用本专利技术的系统能够实现对大型复杂结构如桥梁、大型水坝、输油管线、隧道、矿场、核存贮容器、建筑物、道路等的实时健康监测。附图说明图1为本专利技术的结构示意图，图2为本专利技术CPLD控制电路6的内部结构示意图；图3是理论上的开关控制信号和传感信号的对应关系示意图；图4为本专利技术实际应用时电光调制信号a、电子开关导通信号b和到达电子开关的具有传感光栅串传感信息电子脉冲串c的对应关系示意图。具体实施例方式具体实施方式一参见图1，本具体实施方式的装置由光源发生器1、电光调制器2、耦合器3、传感信号检测器8、串接有m个光栅传感元4-1的光纤4、CPLD控制电路6、m个信道开关7、m个传感信号检测器8、光电信号转换器5和系统时钟电路9组成，光源发生器1的输出端连接电光调制器2的光输入端，电光调制器2的光输出端连接耦合器3的输入端，耦合器3输出的入射光耦合进入光纤4中；CPLD控制电路6的调制信号输出端连接电光调制器2的调制信号输入端，耦合器3输出的带有光栅传感信息的反射光通过光电信号转换器5输入到m个信道开关7的信号输入端，每个信道开关7的信号输出端分别连接传感信号检测器8的输入端，CPLD控制电路6的m个开关延时控制信号输出端分别连接m个信道开关7的控制信号输本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于ＣＰＬＤ的时分复用光纤光栅传感测试系统，其特征在于所述系统由光源发生器（１）、电光调制器（２）、耦合器（３）、传感信号检测器（８）、串接有ｍ个光栅传感元（４－１）的光纤（４）、ＣＰＬＤ控制电路（６）、ｍ个信道开关（７）、ｍ个传感信号检测器（８）、光电信号转换器（５）和系统时钟电路（９）组成，光源发生器（１）的输出端连接电光调制器（２）的光输入端，电光调制器（２）的光输出端连接耦合器（３）的输入端，耦合器（３）输出的带有光栅传感信息的入射光耦合进入光纤（４）中；ＣＰＬＤ控制电路（６）的调制信号输出端连接电光调制器（２）的调制信号输入端，耦合器（３）输出的反射光通过光电信号转换器（５）输入到ｍ个信道开关（７）的信号输入端，每个信道开关（７）的信号输出端分别连接传感信号检测器（８）的输入端，ＣＰＬＤ控制电路（６）的ｍ个开关延时控制信号输出端分别连接ｍ个信道开关（７）的控制信号输入端，系统时钟电路（９）的输出端连接ＣＰＬＤ控制电路（６）的时钟信号输入端；所述光电信号转换器（５）用于将波长编码的传感信息转换为相位编码的传感信息，其中ｍ为非零的自然数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余有龙，刘盛春，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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