一种基于时间门控的多通道光纤应变解调方案制造技术

本发明专利技术提供一种基于时间门控的多通道光纤应变解调方案。包括：窄线宽光源模块、温度参考FBG

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间门控的多通道光纤应变解调方案

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[0001]本专利技术涉及的是光纤传感领域，具体是涉及到一种基于时间门控的多通道光纤应变解调方案。

技术介绍
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[0002]基于PDH解调技术的高精细光纤光栅传感方案近年来得到广泛的发展(刘庆文,何祖源,赵双祥.高精度光纤光栅应变测量系统[P].上海市：CN209432150U,2019
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24；杨军,张毅博,田帅飞,邹晨,祝海波,苑勇贵,李寒阳,苑立波.一种PDH解调的保偏光栅FP腔温度应变同时测量装置[P].黑龙江省：CN109916533B,2021
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20.)，将激光稳频中的PDH技术引入高精细光纤光栅的解调过程，这为基于高精细光纤光栅的高精度、高分辨率传感的实用化奠定了基础，然而整套PDH解调方案的器件成本对此造成极大的限制，因此发展高精度光纤光栅的复用技术尤为关键。
[0003]当前高精细光纤光栅的复用技术主要有码分复用以及时分复用，其中，基于伪随机码技术的复用方案(杨军,张毅博,田帅飞,邹晨,祝海波,苑勇贵,李寒阳,苑立波.一种使用伪随机码码分复用的PDH多传感器应变测量装置[P].黑龙江省：CN109883348B,2021
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12.)拓展传感器个数，然而伪随机码带来的电学设备成本不可忽视；基于时分复用的传感方案(何祖源,刘庆文,樊昕昱,陈嘉庚.亚纳应变级多点复用光纤光栅准静态应变传感系统[P].上海：CN205192442U,2016
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27.)引入相位调制、强度调制及声光调制，以光脉冲作为时序基准，多级调制带来光能量较大的损耗，调制器件、调制源的增加同样也带来成本的增多；因此，发展低成本、高性能的多通道高精细光纤光栅传感是十分有必要的。

技术实现思路
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[0004]一种基于时间门控的多通道光纤应变解调方案，包括窄线宽光源模块、温度参考FBG
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FP模块、应变传感FBG
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FP阵列模块、光源反馈稳频模块以及边带调制反馈稳频模块，其中边带调制反馈稳频模块核心为时间门控的多通道反馈控制算法；
[0005]所述窄线宽光源模块包含窄线宽可调谐激光器(101)、直波导调制器(102)、99:1光纤耦合器(103)、单边带调制器(104)；
[0006]所述温度参考FBG
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FP模块包含光纤环形器(201)、温度参考FBG
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FP(基于光纤布拉格光栅的法布里珀罗干涉仪)(202)；
[0007]所述应变传感FBG
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FP阵列模块包含一分N耦合器(301)、应变传感FBG
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FP通路(302、303、304、305)；
[0008]所述光源反馈稳频模块包含单PIN光电探测器(401)、锁相放大模块.1(402)及采集反馈控制模块.1(403)；
[0009]所述边带调制反馈稳频模块包含信号发生器(501)、压控振荡器(502)、多通道光电探测器(503)、多通道电开关(504)、锁相放大模块.2(505)、采集反馈控制模块.2(506)及上位机(507)；
[0010]所述窄线宽激光器(101)输出至直波导调制器(102)中进行相位调制，调制信号由信号发生器(501)提供，然后经过1:99光纤耦合器(103)分光，其中“1”端口入射至温度参考FBG
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FP模块中，“99”端口入射至单边带调制器(104)中进行单边带调制，以获得单边待的光信号，然后入射至应变传感FBG
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FP阵列模块中；入射至温度传感FBG
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FP模块中的光信号由光纤环形器(201)的“1”端口入射，经“2”端口出射至温度参考FBG
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FP(202)中，其反射的光信号经光纤环形器(201)的“2”端口入射，经“3”端口出射至光源反馈稳频模块中；入射至光源反馈稳频模块中的光信号由单PIN光电探测器(401)转化为电信号，经过锁相放大模块.1(402)解调出PDH误差信号，由采集反馈控制模块.1(403)对PDH误差信号进行处理以及对窄线宽激光器(101)的反馈控制；入射至应变传感FBG
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FP阵列模块的光信号经过一分N耦合器(301)将光信号能量均等分，入射至相应的应变传感FBG
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FP通路(302、303、304、305)中，然后经过各个通路反射的光信号入射至边带调制反馈稳频模块中；入射至边带调制反馈稳频模块的光信号由多通道光电探测器(503)将各自通路的光信号转化为电信号后传入多通道电开关(504)中，多通道电开关(504)受采集反馈控制模块.2(506)控制在每个通道周期内保持单通道输出，经过锁相放大模块.2(505)解调出该通道PDH误差信号，由采集反馈控制模块.2(506)对PDH误差信号进行处理以及对压控振荡器(502)的反馈控制；上位机(507)与采集反馈控制模块.1(403)及采集反馈控制模块.2(506)交互，完成参数设定、信号传输及算法编译等功能；
[0011]所述边带调制反馈稳频模块核心为时间门控的多通道反馈控制算法，在多通道反馈控制循环(601)中，单个通道周期内需顺次完成单通道锁相放大IQ信号采集(602)、IQ信号正则化(603)、PDH误差信号零点识别(604)、PDH误差信号线性区斜率估算(605)、单通道PID参数计算(606)、单通道反馈锁定(607)以及单通道应变传感信号输出(608)；
[0012]所述窄线宽激光器(101)的中心波长在温度参考FBG
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FP(202)的高反射波长区内；
[0013]所述窄线宽激光器(101)具备外部电压可调谐功能；
[0014]所述直波导调制器(102)功能为光信号的相位调制，可有具备光信号相位调制功能的其他器件替代；
[0015]所述99:1光纤耦合器(103)功能为光能量分配，可以由更高比例的光纤耦合器替代；
[0016]所述单边带调制器(104)功能为产生单一边带的光信号，其调制射频源由压控振荡器(502)提供；
[0017]所述一分N耦合器(301)功能为光能量均分，通道数量应根据入射光能量以及后端光纤器件的损耗情况来选定；
[0018]所述应变传感FBG
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FP通路(302、303、304、305)为光纤环形器与传感FBG
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FP探头的组合；
[0019]所述应变传感FBG
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FP通路(302、303、304、305)的高反射波长区通过加载预应力的方式调整至窄线宽激光器(101)的中心波长附近；
[0020]所述多通道光电探测器(503)的通道数应大于或等于应变传感通路数；
[0021]所述多通道光电探测器(503)的带宽高于信号发生器(501)所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时间门控的多通道光纤应变解调方案，包括窄线宽光源模块、温度参考FBG
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FP模块、应变传感FBG
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FP阵列模块、光源反馈稳频模块以及边带调制反馈稳频模块，其中边带调制反馈稳频模块核心为时间门控的多通道反馈控制算法；所述窄线宽光源模块包含窄线宽可调谐激光器(101)、直波导调制器(102)、99:1光纤耦合器(103)、单边带调制器(104)；所述温度参考FBG
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FP模块包含光纤环形器(201)、温度参考FBG
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FP(基于光纤布拉格光栅的法布里珀罗干涉仪)(202)；所述应变传感FBG
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FP阵列模块包含一分N耦合器(301)、应变传感FBG
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FP通路(302、303、304、305)；所述光源反馈稳频模块包含单PIN光电探测器(401)、锁相放大模块.1(402)及采集反馈控制模块.1(403)；所述边带调制反馈稳频模块包含信号发生器(501)、压控振荡器(502)、多通道光电探测器(503)、多通道电开关(504)、锁相放大模块.2(505)、采集反馈控制模块.2(506)及上位机(507)；所述窄线宽激光器(101)输出至直波导调制器(102)中进行相位调制，调制信号由信号发生器(501)提供，然后经过1:99光纤耦合器(103)分光，其中“1”端口入射至温度参考FBG
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FP模块中，“99”端口入射至单边带调制器(104)中进行单边带调制，以获得单边待的光信号，然后入射至应变传感FBG
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FP阵列模块中；入射至温度传感FBG
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FP模块中的光信号由光纤环形器(201)的“1”端口入射，经“2”端口出射至温度参考FBG
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FP(202)中，其反射的光信号经光纤环形器(201)的“2”端口入射，经“3”端口出射至光源反馈稳频模块中；入射至光源反馈稳频模块中的光信号由单PIN光电探测器(401)转化为电信号，经过锁相放大模块.1(402)解调出PDH误差信号，由采集反馈控制模块.1(403)对PDH误差信号进行处理以及对窄线宽激光器(101)的反馈控制；入射至应变传感FBG
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FP阵列模块的光信号经过一分N耦合器(301)将光信号能量均等分，入射至相应的应变传感FBG
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FP通路(302、303、304、305)中，然后经过各个通路反射的光信号入射至边带调制反馈稳频模块中；入射至边带调制反馈稳频模块的光信号由多通道光电探测器(503)将各自通路的光信号转化为电信号后传入多通道电开关(504)中，多通道电开关(504)受采集反馈控制模块.2(506)控制在每个通道周期内保持单通道输出，经过锁相放大模块.2(505)解调出该通道PDH误差信号，由采集反馈控制模块.2(506)对PDH误差信号进行处理以及对压控振荡器(502)的反馈控制；上位机(507)与采集反馈控制模块.1(403)及采集反馈控制模块.2(506)交互，完成参数设定、信号传输及算法编译等功能；所述边带调制反馈稳频模块核心为时间门控的多通道反馈控制算法，在多通道反馈控制循环(601)中，单个通道周期内需顺次完成单通道锁相放大IQ信号采集(602)、IQ信号正则化(603)、PDH误差信号零点识别(604)、PDH误差信号线性区斜率估算(605)、单通道PID参数计算(606)、单通道反馈锁定(607)以及单通道应变传感信号输出(608)；所述窄线宽激光器(101)的中心波长在温度参考FBG
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【专利技术属性】
技术研发人员：张羽，陈济铭，金威，张毅博，刘帅，张亚勋，刘志海，杨军，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：