一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统，包括：数字信号发生器、单频连续激光器、声光调制器、环形器、第一耦合器、第二耦合器、弱反射光纤光栅阵列、光电探测器；单频连续激光器的输出端与第一耦合器的输入端连接；第一耦合器的一路输出端与声光调制器的输入端连接，第一耦合器的另一路输出端与第二耦合器的一路输入端连接；声光调制器的输出端与环形器的一端口连接；环形器的二端口与弱反射光纤光栅阵列的输入端连接；环形器的三端口与第二耦合器的另一路输入端连接；第二耦合器的输出端与光电探测器连接。本发明专利技术使用Simplex编码对干涉光强特征值进行提取，提高干涉光强特征值提取精度，最终提高整个弱反射光纤光栅阵列的感知精度。光纤光栅阵列的感知精度。光纤光栅阵列的感知精度。

【技术实现步骤摘要】
一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统及方法


[0001]本专利技术涉及光纤光栅阵列解调
，具体涉及一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统及方法。

技术介绍

[0002]弱反射光纤光栅阵列由拉丝塔边拉丝边通过相位掩模板或者飞秒激光刻制而成，在单根光纤上可以复用成千上万个弱反射光纤光栅。弱反射光纤光栅阵列的栅距一致，光栅的反射率基本相同，反射中心波长也基本相同，已经在周界安防、桥梁大坝、矿井隧道、航空航天等领域得到广泛应用。
[0003]弱反射光纤光栅阵列的信号解调通常采用时分复用匹配干涉的方法，利用臂差等于光栅阵列栅距的迈克尔逊干涉仪、马赫曾德干涉仪或双脉冲等手段形成干涉脉冲。外界物理量作用于弱反射光纤光栅阵列上，导致相邻弱反射光栅之间光纤中的激光传输相位发生变化，进而干涉脉冲的光强发生变化。从干涉光脉冲中提取干涉光强信号的特征值，进而利用零差对称解调法或者反正切算法即可得出干涉光脉冲的干涉相位信号。因此，干涉光强信号的特征值提取精度，决定了干涉相位信号的计算精度，进而影响了整个弱反射光纤光栅阵列传感系统的精度。现有弱反射光纤光栅阵列的解调中，干涉光强信号的特征值的提取通常是从每个干涉光脉冲中提取最大值，或者平均值，其精度有待进一步提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统及方法，以解决现有技术中干涉光强信号的特征值的提取精度相对较低的问题。
[0005]本专利技术提供了一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统，包括：数字信号发生器、单频连续激光器、声光调制器、环形器、第一耦合器、第二耦合器、弱反射光纤光栅阵列、光电探测器；
[0006]单频连续激光器的输出端与第一耦合器的输入端连接；第一耦合器的一路输出端与声光调制器的输入端连接，第一耦合器的另一路输出端与第二耦合器的一路输入端连接；声光调制器的输出端与环形器的一端口连接；环形器的二端口与弱反射光纤光栅阵列的输入端连接；环形器的三端口与第二耦合器的另一路输入端连接；第二耦合器的输出端与光电探测器连接；数字信号发生器的输出端与声光调制器连接。
[0007]进一步地，所述第一耦合器的分光比为10：90；其中，第一耦合器输出90％的端口与声光调制器连接；第一耦合器输出为10％的端口与第二耦合器连接。
[0008]进一步地，所述第二耦合器的分光比为50：50。
[0009]本专利技术还提供了一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调方法，适用于上述采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统，包括如下步骤：
[0010]步骤1：通过单频连续激光器产生单频连续激光，并通过第一耦合器分为两路单频
连续激光；
[0011]步骤2：一路单频连续激光通过声光调制器进行调制，形成脉冲光进入弱反射光纤光栅阵列；
[0012]步骤3：将另一路单频连续激光与弱反射光纤光栅阵列反射的脉冲光在第二耦合器中形成干涉光脉冲；
[0013]步骤4：对每个干涉光脉冲进行Simplex编码，获取相应干涉光脉冲的干涉光强特征值；
[0014]步骤5：将干涉光强特征值的交流分量与干涉光强特征值的Hilbert变换量的比值进行反正切计算，求出干涉光脉冲的相位信号；
[0015]步骤6：根据前后两个干涉光脉冲相位信号的差值获取外界物理量的扰动情况。
[0016]进一步地，两路单频连续激光的光强分别为90％与10％，将90％光强的单频连续激光形成脉冲光；将10％光强的单频连续激光进行干涉。
[0017]进一步地，对每个干涉光脉冲进行7阶Simplex编码。
[0018]进一步地，干涉光脉冲的相位信号为：
[0019][0020]式中，为第n个弱反射光纤光栅反射的光脉冲的相位；A0为单频连续光的振幅；A
n
、Δw分别为第n个弱反射光纤光栅反射的光脉冲的振幅、由声光调制器引起的角频率变化；P
n_AC
为干涉光强的交流分量；t为时间。
[0021]进一步地，前后两个干涉光脉冲相位信号的差值为：
[0022][0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术使用Simplex编码对干涉光强特征值进行提取，提高干涉光强特征值提取精度，进而提高干涉相位信号的计算精度，从而最终提高整个弱反射光纤光栅阵列的感知精度。本专利技术未使用迈克尔逊干涉仪、马赫曾德干涉仪和双脉冲的常规匹配干涉方式，突破了固有弱反射光栅阵列的匹配干涉方式，使用弱反射光栅反射的光脉冲直接与单频连续光源进行干涉，确保了每个反射脉冲的前后两个边缘都能够正常参与干涉，有效避免了反射脉冲对准的误差导致整个干涉脉冲窄化，脉冲前后两个边缘的数据在采用Simplex编码时，误差较大问题，确保了Simplex编码的准确性。
附图说明
[0025]通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：
[0026]图1为本专利技术中具体实施例的系统框图；
[0027]图2为本专利技术中具体实施例的Simplex编码干涉脉冲。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域技术人员在没有作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。
[0029]下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术。本领域的技术人员应该了解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0030]本专利技术提供了一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统，如图1所示，包括：数字信号发生器、单频连续激光器、声光调制器、环形器、第一耦合器、第二耦合器、弱反射光纤光栅阵列、光电探测器；
[0031]单频连续激光器经过10:90的光纤耦合器分为两束，其中，90％的连续光经过由数字信号发生器控制的声光调制器，变为脉冲光，经过环形器进入弱反射光纤光栅阵列，弱反射光纤光栅阵列中的光栅依次反射脉冲光，经过环形器3端口进入50:50的光纤耦合器。10％的单频连续激光作为参考光源同样进入50:50的光纤耦合器，于是，弱反射光纤光栅阵列反射的脉冲光与单频连续参考光发生干涉。
[0032]本专利技术具体实施例还提供了一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调方法，适用于上述采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统，包括如下步骤：
[0033]步骤1：通过单频连续激光器产生单频连续激光，并通过第一耦合器分为两路单频连续激光；
[0034]步骤2：一路单频连续激光通过声光调制器对单频连续激光进行调制，形成脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统，其特征在于，包括：数字信号发生器、单频连续激光器、声光调制器、环形器、第一耦合器、第二耦合器、弱反射光纤光栅阵列、光电探测器；单频连续激光器的输出端与第一耦合器的输入端连接；第一耦合器的一路输出端与声光调制器的输入端连接，第一耦合器的另一路输出端与第二耦合器的一路输入端连接；声光调制器的输出端与环形器的一端口连接；环形器的二端口与弱反射光纤光栅阵列的输入端连接；环形器的三端口与第二耦合器的另一路输入端连接；第二耦合器的输出端与光电探测器连接；数字信号发生器的输出端与声光调制器连接。2.如权利要求1所述的采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统，其特征在于，所述第一耦合器的分光比为10：90；其中，第一耦合器输出90％的端口与声光调制器连接；第一耦合器输出为10％的端口与第二耦合器连接。3.如权利要求1或2所述的采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统，其特征在于，所述第二耦合器的分光比为50：50。4.一种采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调方法，适用于如权利要求1
‑
3中任一所述的采用Simplex编码的弱反射光纤光栅阵列解调系统，所述方法包括如下步骤：步骤1：通过单频连续激光器产生单频连续激光，并通过第一耦合器分为两路单频连续激光；步骤2：一路单频连续激光通过声光调制器进行调制，形成脉冲光进入弱...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁朋，王彪，王亚飞，钱汇，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：