一种多功能光纤光栅解调仪及其解调方法技术

本发明专利技术及一种多功能光纤光栅解调仪及其解调方法，属于结构健康监测技术领域。该光纤光栅解调仪包括有电源模块、SOA光源、FP滤波器、标准具、光耦合器、采集电路和控制器；光纤光栅传感器与光耦合器连接，光耦合器与采集电路连接；光耦合器通过FP滤波器与SOA光源连接；采集电路与控制器连接；采集电路通过标准具与FP滤波器连接；所述控制器和SOA光源与电源模块连接。在实现光纤光栅的采集功能基础上，保留传统有线通信接口增加无线远程数据传输功能；设备位置信息的查询功能；本地设备的显示功能；本地存储功能。

A multifunctional fiber grating demodulator and its demodulation method

【技术实现步骤摘要】
一种多功能光纤光栅解调仪及其解调方法
本专利技术涉及一种多功能光纤光栅解调仪及其解调方法，属于结构健康监测

技术介绍
传统多通道光纤光栅解调仪的功能较单一，大部分产品仅支持光纤光栅传感器波长的采集功能，传输接口多为本地网口，传输方式单一，需依赖计算机软件进行数据展示，无法自动采集存储和数据显示，也无法直接获取设备安装的地理位置信息，存在一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种多功能光纤光栅解调仪及其解调方法，可实现无线、有线多种传输方式，本地存储、数据显示功能，具有很高的工程实用性。本专利技术要解决的技术问题就在于：(1)在实现光纤光栅的采集功能基础上，保留传统有线通信接口增加无线远程数据传输功能；(2)设备位置信息的查询功能；(3)本地设备的显示功能；(4)本地存储功能。本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种多功能光纤光栅解调仪，该光纤光栅解调仪包括有电源模块、SOA光源、FP滤波器、标准具、光耦合器、采集电路和控制器；光纤光栅传感器与光耦合器连接，光耦合器与采集电路连接；光耦合器通过FP滤波器与SOA光源连接；采集电路与控制器连接；采集电路通过标准具与FP滤波器连接；所述控制器和SOA光源与电源模块连接。进一步的，该光纤光栅解调仪还包括有无线4G模块、存储器、显示屏、GPS定位模块、以太网和RS232通信模块；所述无线4G模块、存储器、显示屏、GPS定位模块、以太网和RS232通信模块与控制器连接。一种多功能光纤光栅解调仪的解调方法，SOA光源发出的光进入FP滤波器，在锯齿波扫描电压的作用下，不同波长的光信号周期性地通过FP滤波器，然后经耦合器分成两个支路；其中一路90％的光经耦合器入射到传感光栅阵列中，阵列中所有光栅的布拉格反射波长全部在FP滤波器的扫描范围内，并且每个光栅的反射波长都不相同，以避免信号串扰；另一路约10％的光则经耦合器入射到FP标准具中，该支路用来对FP滤波器进行校准，以消除FP滤波器腔长漂移对测量精度造成的影响；在传感光栅通道中，当FP滤波器的扫描波长与光纤光栅的反射波长相等时，光电检测器探测到的光能量最大；此时，采集光电检测器输出的电信号，当电信号最大时，记录相应的锯齿波电压，然后根据锯齿波电压与波长的关系得到反射波长的值。进一步的，根据锯齿波电压与波长的关系得到反射波长值的方法是通过相邻两个脉冲峰值，相邻两个脉冲峰值即标准具栅格峰值，相邻两个脉冲峰值来对应的时间来计算测量FBG传感器测得的波长值；即已知测量FBG峰值时间ti，参考FBG峰值时间tr，标准具各峰值时间t1、t2、t3……，参考FBG波长，标准具峰值波长；求测量FBG测得的波长值；步骤如下：1)查找与ti最接近的两个标准具峰值时间；2)tr对应时刻波长为λr，根据标准具的产品信息、标准具输出峰值时间与参考FBG峰值时间关系查找各时刻对应的波长值λ1、λ2、λ3……；3)插值计算；若查找到与ti最接近标准具峰值时间为ta、tb，对应的波长为λa、λb，则线性插值公式如下：利用线性差值公式算得测量FBG的中心波长为：从而达到传感信号解调的目的，通过波长与物理量的转换系数进行物理量的计算。进一步的，所述物理量为位移、压力或温度的值。其工作方式如下：SOA宽带光源发出的光进入可调谐F-P滤波器，在控制器输出锯齿波扫描电压的作用下，不同波长的光信号周期性地通过F-P滤波器，然后经光耦合器分成多个支路，支路连接有被测光纤光栅传感器。在传感光栅通道中，当F-P滤波器的扫描波长与光纤光栅的反射波长相等时，采集电路探测到的光能量最大。此时，采集电路采集光耦合器输出的电信号，当电信号最大时，记录相应的锯齿波电压，然后根据锯齿波电压与波长的关系可以得到反射波长的值。由于本系统采用了激光放大器SOA光源，光功率最大达14W，单光谱功率大，而且是有源放大，扫描频率高，最高可达10kHz，可满足系统100Hz并行采样的要求。附图说明图1为本专利技术的结构示意框图；图2为本专利技术实施例中光学部分示意图；图3为本专利技术中可调谐窄带光源结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-3，一种多功能光纤光栅解调仪，该光纤光栅解调仪包括有电源模块7、SOA光源4、FP滤波器3、标准具5、光耦合器2、采集电路6和控制器8；光纤光栅传感器1与光耦合器2连接，光耦合器2与采集电路6连接；光耦合器2通过FP滤波器3与SOA光源4连接；采集电路6与控制器8连接；采集电路6通过标准具5与FP滤波器3连接；所述控制器8和SOA光源4与电源模块7连接。进一步的，该光纤光栅解调仪还包括有无线4G模块11、存储器14、显示屏9、GPS定位模块10、以太网12和RS232通信模块13；所述无线4G模块11、存储器14、显示屏9、GPS定位模块10、以太网12和RS232通信模块13与控制器8连接。光纤光栅波长采集部分，基于可调谐F-P滤波器的解调原理可实现多通道同时解调，且在工程实际应用中最多，后续解调原理采用基于可调谐F-P滤波器的方法，实现方案如上文所述。其基本原理如下文所述。在光纤光栅解调系统中，基于可调谐F-P滤波器的解调原理可实现多通道同时解调，且在工程实际应用中最多。基本工作原理是：SOA宽带光源发出的光进入FP滤波器，在锯齿波扫描电压的作用下，不同波长的光信号周期性地通过FP滤波器，然后经耦合器分成两个支路。如图2所示，其中一路90％的光经耦合器入射到传感光栅阵列中，阵列中所有光栅的布拉格反射波长必须全部在FP滤波器的扫描范围内，并且每个光栅的反射波长都不相同，以避免信号串扰；另一路10％的光则经耦合器入射到FP标准具中，该支路用来对可调谐F-P滤波器进行校准，以消除可调谐FP滤波器腔长漂移对测量精度造成的影响。如图3所示，在传感光栅通道中，当FP滤波器的扫描波长与光纤光栅的反射波长相等时，光电检测器探测到的光能量最大。此时，采集光电检测器输出的电信号，当电信号最大时，记录相应的锯齿波电压，然后根据锯齿波电压与波长的关系可以得到反射波长的值，方法是通过相邻两个脉冲峰值(标准具栅格峰值)对应的时间来计算测量FBG传感器测得的波长值。即已知测量FBG峰值时间ti，参考FBG峰值时间tr，标准具各峰值时间t1、t2、t3……，参考FBG波长，标准具峰值波长；求测量FBG测得的波长值。步骤如下：1)查找与ti最接近的两个标准具峰值时间。...

【技术保护点】
1.一种多功能光纤光栅解调仪，其特征在于：该光纤光栅解调仪包括有电源模块(7)、SOA光源(4)、FP滤波器(3)、标准具(5)、光耦合器(2)、采集电路(6)和控制器(8)；/n光纤光栅传感器(1)与光耦合器(2)连接，光耦合器(2)与采集电路(6)连接；光耦合器(2)通过FP滤波器(3)与SOA光源(4)连接；/n采集电路(6)与控制器(8)连接；/n采集电路(6)通过标准具(5)与FP滤波器(3)连接；/n所述控制器(8)和SOA光源(4)与电源模块(7)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能光纤光栅解调仪，其特征在于：该光纤光栅解调仪包括有电源模块(7)、SOA光源(4)、FP滤波器(3)、标准具(5)、光耦合器(2)、采集电路(6)和控制器(8)；
光纤光栅传感器(1)与光耦合器(2)连接，光耦合器(2)与采集电路(6)连接；光耦合器(2)通过FP滤波器(3)与SOA光源(4)连接；
采集电路(6)与控制器(8)连接；
采集电路(6)通过标准具(5)与FP滤波器(3)连接；
所述控制器(8)和SOA光源(4)与电源模块(7)连接。


2.根据权利要求1所述的多功能光纤光栅解调仪，其特征在于：该光纤光栅解调仪还包括有无线4G模块(11)、存储器(14)、显示屏(9)、GPS定位模块(10)、以太网(12)和RS232通信模块(13)；
所述无线4G模块(11)、存储器(14)、显示屏(9)、GPS定位模块(10)、以太网(12)和RS232通信模块(13)与控制器(8)连接。


3.一种多功能光纤光栅解调仪的解调方法，其特征在于：SOA光源(4)发出的光进入FP滤波器(3)，在锯齿波扫描电压的作用下，不同波长的光信号周期性地通过FP滤波器(3)，然后经耦合器分成两个支路；
其中一路90％的光经耦合器入射到传感光栅阵列中，阵列中所有光栅的布拉格反射波长全部在FP滤波器(3)的扫描范围内，并且每个光栅的反射波长都不相同，以避免信号串扰；
另一路约10％的光则经耦合器入射到FP标准具中，该支路用来对FP滤波器(3)进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘付鹏，王辅宋，刘文峰，谢镇，张志文，李松，郝文哲，
申请(专利权)人：江西飞尚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36