基于锁相环的光纤传感解调系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于锁相环的光纤传感解调系统。包括光路解调单元、光电转换电路单元和信号处理单元；光路解调单元包括作为参考光纤光栅的光纤光栅FBGA、作为传感光纤光栅的光纤光栅FBGB、用于将光源调制成脉冲光的声光调制器AOM、用于光纤光栅FBGA透射光和入射光分流的第一3口环形器、用于将光纤光栅FBGB的反射光接入光电接收子模块ROSA的第二3口环形器；光电转换电路单元包括用于将光纤光栅FBGB的反射光转为电流信号的光电接收子模块ROSA，并通过串接电阻转为电压信号；信号处理单元包括用于采集电压信号的锁相环PLL和集成显示的MCU。本系统抗噪声能力强，解调精度高，避免了光谱仪、光功率计和解调仪的使用，具有结构简单、直观、成本低、便携等优点。便携等优点。便携等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于锁相环的光纤传感解调系统


[0001]本技术属于光纤温度传感器领域，尤其涉及一种基于锁相环的光纤传感解调系统。

技术介绍

[0002]光纤光栅（Fiber Bragg Gratin，FBG）传感器具有无源性、抗干扰强、耐腐蚀强等特点，适合于隧道、管廊等惧电环境进行分布式测量。信号解调是光纤光栅传感器应用的核心技术，传统的信号解调方法是对光信号传输过程中折射率受温度影响引起的波长偏移进行解调，具有较高的安全性。但是波长的偏移需用光谱仪观察，以至于系统体积大、成本高，限制了实用化的推广。很研究提出用相位解调代替波长解调。相位干涉解调法是利用参考光与传感光在发生干涉后产生一定的相位差，通过光电探测器检测干涉光的光强来获得相位信息，具有灵敏度高、抗干扰性强等优点。但是干涉相位解调法需要严格的干涉条件和复杂的算法，存在动态范围小、解调速度慢、结构复杂、制作困难等问题，难以大批量生产。相比前二者，光强解调法是将传感光与参考光的相对波长偏移转换为光强，通过测量输出光谱的光强变化实现解调，比如Sagnac边缘滤波法和重叠谱功率监测法。Sagnac边缘滤波法系统结构简单，制作成本较低，但其原理是采用干涉滤波，系统的稳定性仍受干涉条件的制约。重叠谱功率监测法是通过监测两路光纤光栅的重叠谱的功率大小来实现解调，系统简单易实现，但是传统的功率监测的是直流信号，抗噪声差，易受光源及光路干扰，解调精度低。为了提高抗噪声能力和精度，传感头需采用增敏型光纤光栅，而增敏型光纤光栅的封装结构特殊，不仅价格贵，而且灵活性低，不适合弯曲或者在液体中浸泡应用。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于解决现有结构存在的使用光谱仪、光功率计、直流光强解调等解调方法存在的价格昂贵、不实用、抗噪能力差等问题，提供一种基于锁相环的光纤传感解调系统，该系统抗噪声能力强，解调精度高，避免了光谱仪、光功率计和解调仪的使用，具有结构简单、直观、成本低、便携等优点。
[0004]为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种基于锁相环的光纤传感解调系统，包括光路解调单元、光电转换电路单元和信号处理单元；
[0005]光路解调单元包括作为参考光纤光栅的光纤光栅FBGA、作为传感光纤光栅的光纤光栅FBGB、用于将光源调制成脉冲光的声光调制器AOM、用于光纤光栅FBGA透射光和入射光分流的第一3口环形器、用于将光纤光栅FBGB的反射光接入光电接收子模块ROSA的第二3口环形器；
[0006]光电转换电路单元包括用于将光纤光栅FBGB的反射光转为电流信号的光电接收子模块ROSA，并通过串接电阻转为电压信号；
[0007]信号处理单元包括用于采集电压信号的锁相环PLL和集成显示的MCU。
[0008]在本技术一实施例中，所述声光调制器AOM一端连接宽带光源ASE，另一端接
第一3口环形器1端口；第一3口环形器2端口接光纤光栅FBGA一端，3端口接光纤光栅FBGB一端；第二3口环形器1端口接光纤光栅FBGA一端，2端口接光纤光栅FBGB一端，3端口接光电接收子模块ROSA一端；光纤光栅FBGA作另一端用帽套住；光纤光栅FBGB另一端用帽套住；光接收子模块ROSA另一端接锁相环PLL一端；锁相环PLL另一端接MCU。
[0009]在本技术一实施例中，所述宽带光源ASE产生中心波长为1540nm
‑
1560nm、功率20mW的光源。
[0010]在本技术一实施例中，所述脉冲光频率为10KHz。
[0011]在本技术一实施例中，所述光纤光栅FBGA、光纤光栅FBGB均为啁啾光纤光栅。
[0012]在本技术一实施例中，光纤光栅FBGA、光纤光栅FBGB的带宽均为10nm，光纤光栅FBGA的中心波长为1550nm，光纤光栅FBGB的中心波长为1555nm。
[0013]在本技术一实施例中，所述锁相环PLL为双相锁相PLL环。
[0014]相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：本技术系统抗噪声能力强，解调精度高，避免了光谱仪、光功率计和解调仪的使用，具有结构简单、直观、成本低、便携等优点。
附图说明
[0015]图1是本技术实施例的系统示意图。
[0016]图2为本技术实施例的锁相电压
‑
温度特性曲线。
[0017]图3为本技术实施例的系统信噪比对比图。
[0018]图4为本技术系统的解调结果图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图，对本技术的技术方案进行具体说明。为让本专利申请的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
[0020]如图1所示，本实例提供了一种基于锁相环的光纤传感解调系统，包括光路解调单元、光电转换电路单元和信号处理单元；
[0021]光路解调单元包括作为参考光纤光栅的光纤光栅FBGA、作为传感头的光纤光栅FBGB、用于将光源调制成脉冲光的声光调制器AOM、用于光纤光栅FBGA透射光和入射光分流的第一3口环形器（即下文3口环形器1）、用于将光纤光栅FBGB的反射光接入光电接收子模块ROSA的第二3口环形器（即下文3口环形器2）；光路解调单元利用两FBG的反射谱的功率与波长偏移成线性关系来大小实现温度变化的监测；
[0022]光电转换电路单元包括用于将光纤光栅FBGB的反射光转为电流信号的光电接收子模块ROSA，并通过串接电阻转为电压信号；
[0023]信号处理单元包括用于采集电压信号的锁相环PLL和集成显示的MCU。
[0024]在本实施例中，宽带光源ASE用于产生中心波长为1540nm
‑
1560nm、功率20mW的光源；
[0025]在本实施例中，声光调制器用于将连续光源调制成10KHz的脉冲光，一端连接ASE，另一端接3口环形器1。
[0026]在本实施例中，3口环形器1用于啁啾光纤光栅FBGA透射光和入射光的分流，1端口
接AOM，2端口接啁啾光纤光栅FBGA，3端口接啁啾光纤光栅FBGB。
[0027]在本实施例中，3口环形器2用于将FBGB的反射光接入ROSA。3口环形器2的1端口接FBGA，2端口接啁啾光纤光栅FBGB，3端口接ROSA。
[0028]在本实施例中，啁啾光纤光栅FBGA作为参考光纤光栅，一端接3口环形器1的2端口，另一端用帽套住，悬空不接。
[0029]所述啁啾光纤光栅FBGB作为传感光纤光栅，一端接3口环形器2的2端口，另一端用帽套住，悬空不接。
[0030]在本实施例中，光接收子模块ROSA用于将FBGB的反射光转为电流信号，串接电阻后转为电压信号，供锁相环PLL采集。一端接3口环形器2的3端口，另一端接锁相环PLL。
[0031]在本实施例中，锁相环PLL用于将10KHz的信号锁定后提取出来，可以有效地抑制光电噪声，提高系统信噪比。锁相环PLL为双相锁相环，内置有信号源和相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锁相环的光纤传感解调系统，其特征在于，包括光路解调单元、光电转换电路单元和信号处理单元；光路解调单元包括作为参考光纤光栅的光纤光栅FBGA、作为传感光纤光栅的光纤光栅FBGB、用于将光源调制成脉冲光的声光调制器AOM、用于光纤光栅FBGA透射光和入射光分流的第一3口环形器、用于将光纤光栅FBGB的反射光接入光电接收子模块ROSA的第二3口环形器；光电转换电路单元包括用于将光纤光栅FBGB的反射光转为电流信号的光电接收子模块ROSA，并通过串接电阻转为电压信号；信号处理单元包括用于采集电压信号的锁相环PLL和集成显示的MCU。2.根据权利要求1所述的基于锁相环的光纤传感解调系统，其特征在于，所述声光调制器AOM一端连接宽带光源ASE，另一端接第一3口环形器1端口；第一3口环形器2端口接光纤光栅FBGA一端，3端口接光纤光栅FBGB一端；第二3口环形器1端口接光纤光栅FBGA一端，2端口接光纤光栅FBGB一端，3端口接光电接收子模块ROS...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏晓菲，黄淑燕，胡晓华，张昊，陈伟娟，
申请(专利权)人：福建江夏学院，
类型：新型
国别省市：