一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统及传感解调方法技术方案

本申请公开了一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统及传感解调方法，宽带光源将第一光信号与第二光信号分别输入第一传感单元与第二传感单元；第一传感单元接收第一光信号，根据所处的环境确定第一光信号对应的第一光传感信号，并将第一光传感信号输入至光信号处理单元；第二传感单元接收第二光信号，根据所处的环境确定第二光信号对应的第二光传感信号，并将第一光传感信号输入至光信号处理单元；光信号处理单元将第一光传感信号与第二光传感信号进行处理，并将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号发送至转化单元；转化单元将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号转化为电流信号，并将电流信号发送至解调单元；解调单元解调电流信号。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统及传感解调方法
本申请涉及光学领域，尤其涉及一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统及传感解调方法。
技术介绍
光纤传感技术起源于20世纪70年代，通过测量传输介质中光波的位移、湿度、pH值、压力、应变、温度、浓度等参数的变化来感知外界环境，从而间接测量了引起外界环境变化的相关信息。近年来，在民用领域，光纤传感系统可应用在钢筋混凝土热应力测量、建筑体健康监测、岩土力学工程监测等方面；在军事领域，光纤传感系统可应用于飞行器健康监测、沿海海防水听监测、陆路安全防卫系统等方面。光纤传感技术吸引了广泛的研究，众多工程领域开始探索高精度、低成本、高速率的传感解调技术，实现分布式、多参量、多功能、智能化的传感解调系统成为当前传感领域的研究热点。目前，在传统光纤的传感解调系统中，静态量监测通常使用波长偏移测试法，需要使用光谱仪或波长解析器件，造价成本相对较高，且易受解调速度和动态范围限制；动态量通常使用光强度测量法，由于是直接解调虽然提升了解调速度，但易受光源噪声影响，且不能兼容静态量传感解调。以上两类解调方式在终端设备上存在明显差异，且系统传感机理不同，在解调方法上无法做到统一。面对静动态量同时检测的场景，通常需要联合两类解调终端使用，传感解调系统将变得庞大且复杂。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统及方法，用于解决现有光纤传感的传感解调系统中静动态量的解调方法不能一致，传感解调系统结构复杂的问题。本申请实施例采用下述技术方案：本申请实施例提供一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统，所述系统包括：宽带光源、第一传感单元、第二传感单元、光信号处理单元、转化单元以及解调单元，其中，所述第一传感单元为目标传感单元，所述第二传感单元为参考传感单元，所述光信号处理单元是基于模式选择光子灯笼光纤的处理单元；宽带光源用于产生第一光信号与第二光信号，并将所述第一光信号与所述第二光信号分别输入所述第一传感单元与所述第二传感单元；所述第一传感单元用于接收所述第一光信号，并根据所处的环境确定所述第一光信号对应的第一光传感信号，并将所述第一光传感信号输入至所述光信号处理单元；所述第二传感单元用于接收所述第二光信号，并根据所处的环境确定所述第二光信号对应的第二光传感信号，并将所述第一光传感信号输入至所述光信号处理单元；所述光信号处理单元用于将所述第一光传感信号与所述第二光传感信号进行处理，并将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号发送至所述转化单元；所述转化单元用于将所述处理后的第一光传感信号与第二光传感信号转化为电流信号，并将所述电流信号发送至解调单元；所述解调单元用于解调所述电流信号。需要说明的是，本申请实施例通过传感解调系统，可将绝对波长传感量转换为相对强度传感量，实现了静动态传感量解调方法的统一。同时，本申请实施例利用模式选择光子灯笼光纤中的模式循环转换机理，将波长变化转换为强度变化，再通过转化单元，可以从相对强度信号中监测出目标对象的信息，最终利用解调单元得到需要的传感量。因系统中无机械运动部件，其解调频率在理论上只受到转化单元速率的限制，大大提升了系统解调速度和探测范围。其中，传感单元用于将光信号对应的环境传感量变化转换为光传感信号的波长变化，光信号处理用于光传感信号的光强度监测，光信号包括第一光信号与第二光信号。进一步的，所述第一传感单元包括目标光纤传感器以及与所述目标光纤传感器连接的第一环形器；所述第二传感单元包括参考光纤传感器以及与所述参考光纤传感器连接的第二环形器；所述目标光纤传感器用于根据所处的环境与所述第一光信号，输出的第一光传感信号，并将第一光传感信号通过所述第一环形器输入至所述光信号处理单元；所述参考光纤传感器用于根据所处的环境与所述第二光信号，输出的第二光传感信号，并将第二光传感信号通过所述第二环形器输入至所述光信号处理单元。需要说明的是，传感单元外界环境变化将对该光纤传感器进行传感调谐。使得光信号对应的干涉光谱独立形成波长编码的光传感信号。进一步的，所述光信号处理单元包括模式选择光子灯笼光纤、少模光纤以及少模光纤光栅；所述第一传感单元与所述第二传感单元分别用于将所述第一光传感信号与所述第二光传感信号合并输入至所述模式选择光子灯笼光纤；所述模式选择光子灯笼光纤用于将所述第一光传感信号与所述第二光传感信号耦合至所述少模光纤内，并将所述第一光传感信号与所述第二光传感信号复用到所述少模光纤中不同横模上；所述少模光纤用于将所述横模上的第一光传感信号与第二光传感信号传输至所述少模光纤光栅；所述少模光纤光栅用于将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号反射回所述少模光纤的不同横模中；所述少模光纤用于将不同横模中的光传感信号发送至所述模式选择光子灯笼光纤；所述模式选择光子灯笼光纤用于将第一光传感信号第二光传感信号发送至所述转化单元。需要说明的是，本说明书实施例可以利用模式选择光子灯笼光纤的模式复用功能，将输入模式选择光子灯笼光纤锥区的多个光传感信号近似无损耗的耦合进少模光纤内，并可以复用到少模光纤中不同正交横模上。复用于不同横模上的光传感信号可以独立传输进入少模光纤光栅，并被少模光纤光栅反射回少模光纤中继续传输。反射回的光传感信号再次进入模式选择光子灯笼光纤锥区，可以利用模式选择光子灯笼光纤模式解复用功能，将不同横模的光传感信号低损耗的逆耦合回相应的单模端，实现横模光谱的空间分离，即可以将处理后的光传感信号发送至对应转化单元。进一步的，所述转化单元包括所述第一环形器、所述第二环形器以及平衡光电探测器；所述光信号处理单元用于将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号分别发送至所述第一环形器与第二环形器；所述第一环形器与所述第二环形器用于将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号发送至平衡光电探测器；所述平衡光电探测器用于将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号转化为电流信号。需要说明的是，由于系统将某一传感通道作为参考光路，与承载传感信息通道进入平衡光电探测器，实现两个通道光强相减，可有效滤除光源抖动、环境温湿度变化等所引起的非感知信号的强度累积漂移和重复性误差，实现长时间的稳定传感解调，使其可兼顾用于静态传感信号检测；同时，利用参考通道去感知系统中非目标量，使其将传感系统中该干扰项与目标传感量进行解耦。进一步的，所述解调单元包括跨阻放大器、低通滤波器、AD数据采集电路、滑动均值滤波器以及数值转换校正器；所述跨阻放大器用于将所述电流信号转化为电压信号，并将所述电压信号输入至所述低通滤波电路；所述低通滤波电路用于将所述电压信号的高频噪声滤除，生成低噪的电压信号，并将低噪的电压信号发送至AD数据采集电路；所述AD数据采集电路用于将低噪的电压信号转化为数字信号，并将数字信号输入至所述滑动均值滤波器，其中，所述低噪声的电压信号为模拟信号；所述滑动均值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统，其特征在于，所述系统包括：宽带光源、第一传感单元、第二传感单元、光信号处理单元、转化单元以及解调单元，其中，所述第一传感单元为目标传感单元，所述第二传感单元为参考传感单元，所述光信号处理单元是基于模式选择光子灯笼光纤的处理单元；/n宽带光源用于产生第一光信号与第二光信号，并将所述第一光信号与所述第二光信号分别输入所述第一传感单元与所述第二传感单元；/n所述第一传感单元用于接收所述第一光信号，根据所处的环境确定所述第一光信号对应的第一光传感信号，并将所述第一光传感信号输入至所述光信号处理单元；/n所述第二传感单元用于接收所述第二光信号，根据所处的环境确定所述第二光信号对应的第二光传感信号，并将所述第一光传感信号输入至所述光信号处理单元；/n所述光信号处理单元用于将所述第一光传感信号与所述第二光传感信号进行处理，并将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号发送至所述转化单元；/n所述转化单元用于将所述处理后的第一光传感信号与第二光传感信号转化为电流信号，并将所述电流信号发送至解调单元；/n所述解调单元用于解调所述电流信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光子灯笼光纤的传感解调系统，其特征在于，所述系统包括：宽带光源、第一传感单元、第二传感单元、光信号处理单元、转化单元以及解调单元，其中，所述第一传感单元为目标传感单元，所述第二传感单元为参考传感单元，所述光信号处理单元是基于模式选择光子灯笼光纤的处理单元；
宽带光源用于产生第一光信号与第二光信号，并将所述第一光信号与所述第二光信号分别输入所述第一传感单元与所述第二传感单元；
所述第一传感单元用于接收所述第一光信号，根据所处的环境确定所述第一光信号对应的第一光传感信号，并将所述第一光传感信号输入至所述光信号处理单元；
所述第二传感单元用于接收所述第二光信号，根据所处的环境确定所述第二光信号对应的第二光传感信号，并将所述第一光传感信号输入至所述光信号处理单元；
所述光信号处理单元用于将所述第一光传感信号与所述第二光传感信号进行处理，并将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号发送至所述转化单元；
所述转化单元用于将所述处理后的第一光传感信号与第二光传感信号转化为电流信号，并将所述电流信号发送至解调单元；
所述解调单元用于解调所述电流信号。


2.根据权利要求1所述的基于光子灯笼光纤的传感解调系统，其特征在于，所述第一传感单元包括目标光纤传感器以及与所述目标光纤传感器连接的第一环形器；所述第二传感单元包括参考光纤传感器以及与所述参考光纤传感器连接的第二环形器；
所述目标光纤传感器用于根据所处的环境与所述第一光信号，输出的第一光传感信号，并将第一光传感信号通过所述第一环形器输入至所述光信号处理单元；
所述参考光纤传感器用于根据所处的环境与所述第二光信号，输出的第二光传感信号，并将第二光传感信号通过所述第二环形器输入至所述光信号处理单元。


3.根据权利要求1所述的基于光子灯笼光纤的传感解调系统，其特征在于，所述光信号处理单元包括模式选择光子灯笼光纤、少模光纤以及少模光纤光栅；
所述第一传感单元与所述第二传感单元分别用于将所述第一光传感信号与所述第二光传感信号合并输入至所述模式选择光子灯笼光纤；
所述模式选择光子灯笼光纤用于将所述第一光传感信号与所述第二光传感信号耦合至所述少模光纤内，并将所述第一光传感信号与所述第二光传感信号复用到所述少模光纤中不同横模上；
所述少模光纤用于将所述横模上的第一光传感信号与第二光传感信号传输至所述少模光纤光栅；
所述少模光纤光栅用于将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号反射回所述少模光纤的不同横模中；
所述少模光纤用于将不同横模中的光传感信号发送至所述模式选择光子灯笼光纤；
所述模式选择光子灯笼光纤用于将第一光传感信号第二光传感信号发送至所述转化单元。


4.根据权利要求2所述的基于光子灯笼光纤的传感解调系统，其特征在于，所述转化单元包括所述第一环形器、所述第二环形器以及平衡光电探测器；
所述光信号处理单元用于将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号分别发送至所述第一环形器与第二环形器；
所述第一环形器与所述第二环形器用于将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号发送至平衡光电探测器；
所述平衡光电探测器用于将处理后的第一光传感信号与第二光传感信号转化为电流信号。


5.根据权利要求1所述的基于光子灯笼光纤的传感解调系统，其特征在于，所述解调单元包括跨...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁骁，
申请(专利权)人：中央民族大学，
类型：发明
国别省市：北京;11