一种同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置及方法，包括扫频激光器、光纤耦合器、光纤环形器、FBG、光电探测器、HCN气体吸收腔、波长同步触发单元、数据采集卡以及计算机。本发明专利技术提出的装置可实现扫频激光器极短扫频范围内，实现FBG的高速、大量程解调。本发明专利技术提出的方法打破了传统FBG解调反射峰漂移的限制，只需要通过FBG的某段反射谱即可达到传统FBG解调的效果。本发明专利技术还提出了波长同步触发单元，可以利用数据采集卡采集波长校准后的FBG光谱，保证了FBG解调的波长重复性。本发明专利技术将解调速度、测量范围、重复精度三种FBG解调中关键的参数均得到提升，同时在成本控制上亦有明显改善，本发明专利技术适合温度、高速应变、冲击碰撞测量领域。冲击碰撞测量领域。冲击碰撞测量领域。
【技术实现步骤摘要】
一种同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置与方法
[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置与方法。
技术介绍
[0002]光纤光栅传感解调技术中基于可调谐激光光源的FBG（Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅）解调由于其独特的技术优势，发展迅速。基于可调谐激光光源的FBG解调原理是由于扫频激光可以扫描到FBG的反射光谱峰，当外界温度或应变作用在FBG上时，反射光谱会发生漂移，只需要找出峰值的漂移量即可得到被测物的温度或应变。
[0003]此类FBG光纤光栅解调技术的解调速度主要取决于激光器的扫描重频（即扫描重复频率），通常情况下，激光器完成一次扫描便得到一组FBG光谱数据，即得到一组温度应变数据。因此，需要提高该原理的FBG解调速度，需要提高可调谐激光器的扫描重频。在激光器的扫频速度固定的前提下，扫频重频很大程度上取决于激光器的扫频范围。此类技术的FBG传感的传感量程取决于扫频范围，通常情况下，1nm波长频移等效于800微应变。
[0004]要满足解调速度快，扫描范围必须小；要得到大测量量程，扫描范围必须大；两者是矛盾的，并且具有大扫描范围的扫频激光器的成本会显著上升。因此，迫切需要一种同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置与方法。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中光纤解调是量程与速度相矛盾的缺陷以及具有大扫描范围的扫频激光器的成本会显著上升的技术问题，本专利技术提供了一种同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置与方法。
[0006]根据本专利技术的其中一方面，本专利技术为解决其技术问题，提供了一种同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置，包括扫频激光器、光纤耦合器、光纤环形器、FBG、光电探测器、HCN气体吸收腔、波长同步触发单元、数据采集卡以及计算机；扫频激光器用于发出波长变化的扫频激光；光纤耦合器的输入端用于进入所述扫频激光，光纤耦合器用于将所述扫频激光分为两路，一路为测量路，另一路辅助测量路；光纤环形器包括a、b、c三个连接端，光纤环形器的a连接端连接光纤耦合器的一个输出端，以使得测量路的扫频激光进入所述光纤环形器；FBG连接光纤环形器的b连接端连接，以使得进入所述光纤环形器的测量路的扫频激光进入FBG，FBG用于反射激光；HCN气体吸收腔的输入端连接光纤耦合器的另一输出端，以使得辅助测量路的扫频激光进入所述光纤环形器；波长同步触发单元的输入端连接HCN气体吸收腔的输出端，波长同步触发单元的输出端连接所述数据采集卡，用于根据HCN气体吸收腔的输出的气体吸收谱线的特征吸收
线对应的产生脉冲信号；光电探测器的输入端连接光纤环形器的c连接端，用于将由FBG反射至光纤环形器的反射光转换为电信号，光电探测器的输出端连接数据采集卡；数据采集卡用于以所述脉冲信号的上升沿或者下降沿为开始，对所述电信号开始采集，并传输至所述计算机进行解调。
[0007]在本专利技术的同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置中，还包括光纤隔离器，光纤隔离器连接在扫频激光器的输出端和光纤耦合器的输入端之间，以防止激光反射至扫频激光器。
[0008]根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种同时提高光纤光栅解调速度和量程的方法，用于上述任一项所述的同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置中，包含如下步骤：第一步,扫频激光器对待测FBG用宽带光源进行全反射光谱扫描，数据采集卡采集得到FBG全反射光谱；第二步，在初始状态下，利用扫频激光器对FBG进行从λ1到λ2之间扫描，λ1<λ3<λ2，其中λ1到λ2为预设的扫描波长，λ3为任意一个特征吸收线对应的波长；第三步，数据采集卡在波长为λ3的特征吸收线对应的产生脉冲信号的上升沿或下降沿开始对光电探测器进行数据采集，得到FBG窄带反射谱；第四步，计算机对采集到的该FBG窄带反射谱，与FBG全反射谱进行滤波、去噪、滑动平均数据处理；第五步、计算机对处理的FBG窄带反射光谱在λ3到λ2之间进行积分求和，并通过与处理后的FBG全反射谱进行单调性判别；第六步、在待测状态进行第二步至第五步，根据两次积分求和得到波长频移量，进而根据单调性判别结果得到温度或应变变化量。
[0009]在本专利技术的同时提高光纤光栅解调速度和量程的方法中，λ1到λ2之间存在的特征吸收线为一个或者多个。
[0010]有益效果与现有技术相比本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术一种同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置与方法，本专利技术提出的装置可实现扫频激光器极短扫频范围内，实现FBG的高速、大量程解调。本专利技术提出的方法打破了传统FBG解调反射峰漂移的限制，只需要通过FBG的某段反射谱即可达到传统FBG解调的效果。本专利技术还提出了波长同步触发单元，可以利用数据采集卡采集波长校准后的FBG光谱，保证了FBG解调的波长重复性。本专利技术将解调速度、测量范围、重复精度三种FBG解调中关键的参数均得到提升，同时在成本控制上亦有明显改善，本专利技术适合温度、高速应变、冲击碰撞测量领域。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置示意图；图2为本专利技术波长同步校准示意图；图3 传统FBG光谱峰解调示意图；图4为本专利技术全光谱示意图和窄带光谱扫描示意图。
[0012]图1中为1为扫频激光器、2为光纤隔离器、3为光纤耦合器、4为FBG、5光纤分束器、6光电探测器、7为HCN气体吸收腔、8为波长同步触发单元、9数据采集卡、10为计算机。
具体实施方式
[0013]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本专利技术，但下述实施例仅仅为本专利技术的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0014]下面结合附图描述本专利技术的具体实施例。
[0015]参考图1，本实施例的同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置，包括扫频激光器1、光纤隔离器2、光纤耦合器3、光纤环形器4、FBG5、光电探测器6、HCN气体吸收腔7、波长同步触发单元8、数据采集卡9以及计算机10；扫频激光器1用于发出波长变化的扫频激光。
[0016]光纤隔离器2连接在扫频激光器1的输出端和光纤耦合器3的输入端之间，以防止激光反射至扫频激光器1。
[0017]光纤耦合器3的输入端用于进入所述扫频激光，光纤耦合器3用于将所述扫频激光分为两路，一路为测量路，另一路辅助测量路。
[0018]光纤环形器4包括a、b、c三个连接端，光纤环形器4的a连接端连接光纤耦合器3的一个输出端，以使得测量路的扫频激光进入所述光纤环形器4。
[0019]FBG5连接光纤环形器4的b连接端连接，以使得进入所述光纤环形器4的测量路的扫频激光进入FBG5，FBG5用于反射激光；HCN气体吸收腔7的输入端连接光纤耦合器3的另一输出端，以使得辅助测量路的扫频激光进入所述光纤环形器4。
[0020]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同时提高光纤光栅解调速度和量程的装置，其特征在于，包括扫频激光器、光纤耦合器、光纤环形器、FBG、光电探测器、HCN气体吸收腔、波长同步触发单元、数据采集卡以及计算机；扫频激光器用于发出波长变化的扫频激光；光纤耦合器的输入端用于进入所述扫频激光，光纤耦合器用于将所述扫频激光分为两路，一路为测量路，另一路辅助测量路；光纤环形器包括a、b、c三个连接端，光纤环形器的a连接端连接光纤耦合器的一个输出端，以使得测量路的扫频激光进入所述光纤环形器；FBG连接光纤环形器的b连接端连接，以使得进入所述光纤环形器的测量路的扫频激光进入FBG，FBG用于反射激光；HCN气体吸收腔的输入端连接光纤耦合器的另一输出端，以使得辅助测量路的扫频激光进入所述光纤环形器；波长同步触发单元的输入端连接HCN气体吸收腔的输出端，波长同步触发单元的输出端连接所述数据采集卡，用于根据HCN气体吸收腔的输出的气体吸收谱线的特征吸收线对应的产生脉冲信号；光电探测器的输入端连接光纤环形器的c连接端，用于将由FBG反射至光纤环形器的反射光转换为电信号，光电探测器的输出端连接数据采集卡；数据采集卡用于以所述脉冲信号的上升沿或者下降沿为开始，对所述电信号开始采集，并传输至所述计算机进行解调。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括光纤隔离器，光...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘凤云，
申请(专利权)人：武汉奇测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。