光纤光栅阵列传感解调方法和系统技术方案

本申请提出一种光纤光栅阵列传感解调方法和系统，其中，方法包括：预先将光纤光栅阵列划分为预设数量个分段，并控制光纤光栅阵列传感解调装置获取在待解调的环境参数作用下每个分段返回的光谱；针对每个分段，根据分段返回的光谱的形状和噪声选取光谱阈值；获取已确定的一个环境参数值下的光谱中第一长波长光信号边沿，将光谱阈值与第一长波长光信号边沿的交叉点作为初始边沿位置；根据初始边沿位置计算分段返回的光谱的边沿位置变化量；根据待解调的环境参数的变化量与边沿位置变化量之间的线性关系解调待解调的环境参数。该方法显著增加可解调的光栅数量，提高解调效率，降低解调成本，满足对光纤光栅解调的大容量和高空间分辨率的需求。间分辨率的需求。间分辨率的需求。

【技术实现步骤摘要】
光纤光栅阵列传感解调方法和系统


[0001]本申请涉及矿用设备
，尤其涉及一种定光纤光栅阵列传感解调方法和系统。

技术介绍

[0002]随着人们对井下安全意识的加强，通过光纤光栅传感器对井下的环境参数测量以便及时采取对应的措施已知逐渐普及。
[0003]其中，光纤布拉格光栅传感器(Fiber Grating Sensor,简称FBG)由于可以同时作为传感单元和传输的媒介近年来得到了迅速发展。目前FBG传感器最广泛的应用是通过测量光栅波长变化量再进行解调获取测量数据。FBG外界环境中温度或拉力发生改变后它的中心波长会发生漂移，通过解调波长的变化量能够计算出外界的环境参量的变化。由于FBG传感器的探测不会受到光源功率波动的影响，以及损耗低、寿命长、抗老化、耐磨损、不受电磁干扰和易级联复用等优良特性，使其在煤矿、化工、军事以及航空航天等领域得到了广泛应用。但是在井下大型工程和地理环境长期监控项目中，FBG传感器复用量要求较高，且要求传感单元数量多，因此，对光纤光栅解调网络提出了较高的要求。
[0004]相关技术中，光纤光栅解调网络的构建原理主要为光时域反射技术(Optical Time Domain Reflectometry，简称OTDR)和光频域反射技术(Optical Frequency Domain Reflectometry，简称OFDR)。然而，相关技术的解调方案中，以OTDR技术为基础的传感解调方式为满足高空间分辨率需求导致解调成本较高，解调时间较长，不适用于井下大规模的工程应用。而以OFDR技术为基础的传感解调方式，解调光栅数量和解调距离都存在很大的局限，解调过程较复杂，实现成本较高。因此，如何实现大容量、高效率和低成本的光纤光栅传感解调成为目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为此，本申请的第一个目的在于提出一种光纤光栅阵列传感解调方法和系统，该方法通过对弱光栅分段解调的方式，能够大幅减少数据处理单元，提高感知密集度、信噪比与响应速度，实现了对大容量长距离的密集型光纤光栅阵列的解调，可以显著增加可解调的光栅数量，提高解调效率，降低解调成本，满足对光纤光栅解调的大容量和高空间分辨率的需求。
[0007]本申请的第二个目的在于提出一种光纤光栅阵列传感解调系统。
[0008]本申请的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
[0009]为达上述目的，本申请的第一方面实施例提出了一种光纤光栅阵列传感解调方法，包括以下步骤：
[0010]预先将待解调的光纤光栅阵列划分为预设数量个分段，并控制光纤光栅阵列传感解调装置获取在待解调的环境参数作用下每个所述分段返回的光谱；
[0011]针对每个所述分段，根据所述分段返回的光谱的形状和噪声选取光谱阈值；
[0012]获取已确定的一个环境参数值下的初始光谱中第一长波长光信号边沿，将所述光谱阈值与所述第一长波长光信号边沿的交叉点作为初始边沿位置；
[0013]根据所述初始边沿位置计算所述分段返回的光谱的边沿位置变化量；
[0014]根据所述待解调的环境参数的变化量与所述边沿位置变化量之间的线性关系解调所述待解调的环境参数。
[0015]可选地，在本申请的一个实施例中，光纤光栅阵列传感解调装置包括：放大自发辐射ASE光源、光滤波器、半导体光放大器SOA、光环形器、光电探测器和脉冲信号发生器，所述控制所述光纤光栅阵列传感解调装置获取在待解调的环境参数作用下每个所述分段返回的光谱，包括：控制所述ASE光源分时地发射不同波长的脉冲光，并通过所述光滤波器根据控制指令过滤出预设波长的脉冲光；控制所述半导体光放大器SOA根据所述脉冲信号发生器输入的调制信号，对滤波后的脉冲光进行脉冲调制，并放大脉冲调制后的脉冲光的光功率；将放大后的脉冲光输入所述光纤光栅阵列，获取在待解调的环境参数作用下每个所述分段返回的反射脉冲；控制所述光环形器转换每个所述分段返回的所述反射脉冲的传输方向，以将所述反射脉冲传输至所述光电探测器，并通过所述光电探测器进行光电转换，对光电转换后的数据进行处理还原每个所述分段的光谱。
[0016]可选地，在本申请的一个实施例中，根据所述分段返回的光谱的形状和噪声选取光谱阈值，包括：根据所述光谱的形状确定第二长波长光信号，获取所述第二长波长光信号处的噪声信息；基于在滤除所述噪声信息的基础上趋近于光谱底部的准则选取光谱阈值。
[0017]可选地，在本申请的一个实施例中，根据所述初始边沿位置计算所述分段返回的光谱的边沿位置变化量，包括：获取待解调的环境参数下的光谱中所述第二长波长光信号边沿，将所述光谱阈值与所述第二长波长光信号边沿的交叉点作为当前边沿位置；将所述当前边沿位置与所述初始边沿位置相减获得所述边沿位置变化量。
[0018]可选地，在本申请的一个实施例中，通过以下公式解调所述待解调的环境参数：
[0019]S
i
＝S0+ΔS＝S0+K
·
Δλ
[0020]其中，S
i
是解调得到的环境参数，S0是已确定的一个环境参数值，ΔS是环境参数变量，K是线性系数，Δλ是边沿位置变化量。
[0021]可选地，在本申请的一个实施例中，所述ASE光源包括C波段ASE光源和C+L波段ASE光源，所述光滤波器包括F
‑
P可调谐滤波器，所述光纤光栅阵列中的每个光栅为弱光栅。
[0022]本申请的第二方面实施例还提出了一种光纤光栅阵列传感解调系统，包括以下模块：
[0023]控制模块，用于预先将待解调的光纤光栅阵列划分为预设数量个分段，并控制所述光纤光栅阵列传感解调装置获取在待解调的环境参数作用下每个所述分段返回的光谱；
[0024]选取模块，用于针对每个所述分段，根据所述分段返回的光谱的形状和噪声选取光谱阈值；
[0025]确定模块，用于获取已确定的一个环境参数值下的光谱中第一长波长光信号边沿，将所述光谱阈值与所述第一长波长光信号边沿的交叉点作为初始边沿位置；
[0026]计算模块，用于根据所述初始边沿位置计算所述分段返回的光谱的边沿位置变化量；
[0027]解调模块，用于根据所述待解调的环境参数的变化量与所述边沿位置变化量之间的线性关系解调所述待解调的环境参数。
[0028]可选地，在本申请的一个实施例中，光纤光栅阵列传感解调装置包括：放大自发辐射ASE光源、光滤波器、半导体光放大器SOA、光环形器、光电探测器和脉冲信号发生器，所述控制模块，具体用于：控制所述ASE光源分时地发射不同波长的脉冲光，并通过所述光滤波器根据控制指令过滤出预设波长的脉冲光；控制所述半导体光放大器SOA根据所述脉冲信号发生器输入的调制信号，对滤波后的脉冲光进行脉冲调制，并放大脉冲调制后的脉冲光的光功率；将放大后的脉冲光输入所述光纤光栅阵列，获取在待解调的环境参数作用下每个所述分段返本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅阵列传感解调方法，其特征在于，包括以下步骤：预先将待解调的光纤光栅阵列划分为预设数量个分段，并控制光纤光栅阵列传感解调装置获取在待解调的环境参数作用下每个所述分段返回的光谱；针对每个所述分段，根据所述分段返回的光谱的形状和噪声选取光谱阈值；获取已确定的一个环境参数值下的初始光谱中第一长波长光信号边沿，将所述光谱阈值与所述第一长波长光信号边沿的交叉点作为初始边沿位置；根据所述初始边沿位置计算所述分段返回的光谱的边沿位置变化量；根据所述待解调的环境参数的变化量与所述边沿位置变化量之间的线性关系解调所述待解调的环境参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤光栅阵列传感解调装置包括：放大自发辐射ASE光源、光滤波器、半导体光放大器SOA、光环形器、光电探测器和脉冲信号发生器，所述控制所述光纤光栅阵列传感解调装置获取在待解调的环境参数作用下每个所述分段返回的光谱，包括：控制所述ASE光源分时地发射不同波长的脉冲光，并通过所述光滤波器根据控制指令过滤出预设波长的脉冲光；控制所述半导体光放大器SOA根据所述脉冲信号发生器输入的调制信号，对滤波后的脉冲光进行脉冲调制，并放大脉冲调制后的脉冲光的光功率；将放大后的脉冲光输入所述光纤光栅阵列，获取在待解调的环境参数作用下每个所述分段返回的反射脉冲；控制所述光环形器转换每个所述分段返回的所述反射脉冲的传输方向，以将所述反射脉冲传输至所述光电探测器，并通过所述光电探测器进行光电转换，对光电转换后的数据进行处理还原每个所述分段的光谱。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述分段返回的光谱的形状和噪声选取光谱阈值，包括：根据所述光谱的形状确定第二长波长光信号，获取所述第二长波长光信号处的噪声信息；基于在滤除所述噪声信息的基础上趋近于光谱底部的准则选取光谱阈值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始边沿位置计算所述分段返回的光谱的边沿位置变化量，包括：获取待解调的环境参数下的光谱中所述第二长波长光信号边沿，将所述光谱阈值与所述第二长波长光信号边沿的交叉点作为当前边沿位置；将所述当前边沿位置与所述初始边沿位置相减获得所述边沿位置变化量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下公式解调所述待解调的环境参数：S
i
＝S0+ΔS＝S0+K
·
Δλ其中，S
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠奎，付元，赵墨波，陈伟，陈浩，龙秉政，张子良，吴文臻，朱文硕，田原，戴万波，华冬，张立群，郎琦，
申请(专利权)人：煤炭科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：