本发明专利技术公开了一种阵列式多通道光纤法珀压力传感装置及压力测量方法，从输入到输出端依序设置LED光源调制模块（1）、LED光源（2）构成的LED光源阵列（3）、光纤耦合器（4）构成的光纤耦合器阵列（5）、光纤法珀传感器（6）构成的光纤法珀传感器阵列（7）、光纤阵列（8）、光楔（9）、线阵CCD（10）构成的解调光路模块以及信号处理单元（11）。与现有技术相比，本发明专利技术的LED光源阵列调制结合光纤阵列结构实现单个解调光路对多个光纤法珀压力传感器的顺序快速解调，克服了传统光开关结构无法同时满足高速切换、低损耗、高可靠性的问题；且通道扩展容易，使得传感通道最多可达到64通道。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感领域，特别是涉及一种基于LED光源调制的阵列式多通道光纤法珀压力传感装置及其压力测量方法。
技术介绍
光纤法珀压力传感器通常由光纤端面和膜片端面构成法布里-珀罗微谐振腔，压力作用在膜片上使膜片变形，导致法珀腔长发生变化，从而实现传感。由于这样的结构特点使得光纤法珀压力传感器不能像光纤光栅那样实现串联波分复用，其多通道的实现需要通 过光开关切换。光开关是光纤传输中光交换系统的常用器件，广泛应用于多通道光纤传感系统。光开关可分为机械式和非机械式两大类，机械式光开关靠光纤或光学71件移动，使光路发生改变而实现通道切换，其优点是插入损耗较低，隔离度高，不受偏振和波长的影响，缺点是开关时间较长，切换瞬间光功率抖动，切换次数有限以及重复性较差。非机械式光开关依靠电光效应、磁光效应、声光效应以及热光效应来改变波导折射率，使光路发生改变，这类光开关的优点是开关时间短，可达到毫秒甚至更短，但由于器件材料的光学特性限制，通常光谱工作谱宽窄，且不能工作于可见光波段。
技术实现思路
基于上述现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种新型的，通过LED光源阵列和光纤法珀传感器阵列构建阵列式光纤法珀多通道传感装置结构，对每个LED光源快速调制，实现单个解调光路对多个光纤法珀压力传感器的顺序解调，达到高速切换、低损耗、高可靠性、多通道光纤法珀传感目的。本专利技术提出了一种阵列式多通道光纤法珀压力传感装置，该装置从输入到输出端依序设置LED光源调制模块I、LED光源2构成的LED光源阵列3、光纤耦合器4构成的光纤耦合器阵列5、光纤法珀传感器6构成的光纤法珀传感器阵列7、光纤阵列8、光楔9、线阵CXDlO构成的解调光路模块以及信号处理单元11，其中LED光源阵列3，用于提供传感检测宽带光源；LED光源调制模块1，用于产生LED光源调制信号，对各个LED光源依据调制信号进行切换，使LED光源阵列中的各个LED光源依次发光和熄灭；光纤法珀传感器阵列7，用于感受外界压力变化，将压力转化为法珀腔信息，不同压力对应不同法珀腔腔长；光纤耦合器阵列5 :用于将LED光源阵列发出的光引入到光纤法珀传感器阵列，并将光纤法珀传感器阵列返回的光引入到解调光路模块中；解调光路模块，用于接收光纤耦合器阵列返回的光信号，并将低相干干涉信号转化成电信号，其中光纤阵列8将光纤耦合器阵列返回的信号并行导入到解调光路中；信号处理单元；基于嵌入式系统或计算机，用于从电信号中提取出腔长信息，并对应成压力测量结果；一个LED光源2、一个光纤法珀传感器6和一个光纤耦合器4构成一路压力传感通道，预先对每一路压力传感通道进行传感信号标定，该传感信号标定值即该通道光纤法珀传感器腔长与解调光路中线阵CCDlO所采集干涉条纹位置的对应关系，作为信号处理单元11的解调依据。所述光纤阵列8的光纤输出端12按一定点阵形状排列，包括单排一字点阵排列结构、双排点阵排列结构以及多排点阵或圆形点阵排列结构。所述LED光源调制模块I输出调制频率在IOHz到40kHz的调制信号。所述通道的数量设计成3至64路通道。所述光纤稱合器米用I X 2多模光纤稱合器，光纤规格包括50/125 U m、62. 5/125u m、80/125u m 或 100/125u m。 利用阵列式多通道光纤法珀压力传感装置的压力测量方法，该方法包括以下步骤；步骤一、将一个LED光源2、一个光纤法珀传感器6和一个光纤耦合器4构成一路压力传感通道，预先对每一路压力传感通道进行传感信号标定，该传感信号标定值为该通道光纤法珀传感器腔长与解调光路中线阵CCDlO所采集干涉条纹位置的对应关系，作为信号处理单元11的解调依据。步骤二、进行采集处理，即LED光源调制模块I产生LED光源调制信号，使某一时刻LED光源阵列3中的一个LED光源2发光，其它LED光源2无光输出；该路LED光源2输出的光通过与其相连的光纤耦合器4到达光纤法珀传感器6，使压力信号调制到光信号；光信号再次通过光纤耦合器6导入到光纤阵列8中的对应光纤，并通过光纤阵列8的光纤输出端12进入解调光路模块；步骤三、光信号通过解调光路模块的光楔9形成空间低相干干涉条纹，并被线阵CCDlO接收，线阵CCD的信号输出与LED光源调制信号保持同步；步骤四、信号处理单元11对线阵CXDlO输出的干涉条纹信号进行处理，从中提取出法珀腔信号，并根据标定数据对应出压力测量结果；步骤五、重复上述步骤二至步骤四，直到解调出所有通道的压力。与现有技术相比，本专利技术采用的LED光源阵列调制结合光纤阵列结构实现单个解调光路对多个光纤法珀压力传感器的顺序快速解调，克服了传统光开关结构无法同时满足高速切换、低损耗、高可靠性的问题；另外，本专利技术提出的LED快速调制方法，使得传感通道切换速度大为提升，能达到40kHz。且通道扩展容易，使得传感通道最多可达到64通道。附图说明图I为阵列式多通道光纤法珀压力传感装置结构示意图；图2为光纤阵列示意图，其中a、为单排一字点阵光纤阵列结构；b、为双排点阵光纤阵列结构；c、为四排点阵光纤阵列结构；d、为圆形点阵光纤阵列结构；图3为IOkHz调制频率时白光LED光源调制响应信号图； 图 I 中I、LED光源调制模块2、LED光源3、LED光源阵列4、光纤耦合器5、光纤耦合器阵列6、光纤法珀传感器7、光纤法珀传感器阵列8、光纤阵列9、光楔10、线阵CCD 11、信号处理单兀图2 中12、光纤输出端图3 中:13、LED光源响应波形，14、驱动电路输出电压，15、调制电压具体实施例方式以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提供的具体实施方式、结构、特征及其 如图I所示，阵列式多通道光纤法珀压力传感装置包括LED光源调制模块I、LED光源2构成的LED光源阵列3、光纤稱合器4构成的光纤稱合器阵列5、光纤法拍传感器6构成的光纤法珀传感器阵列7、光纤阵列8、光楔9、线阵CCDlO和信号处理单元11。其中，光纤阵列8的光纤输出端12按一定点阵形状排列，包括单排一字点阵结构、双排点阵结构、多排点阵或圆形点阵结构，如图2所示。一个LED光源2、一个光纤法珀传感器6和一个光纤耦合器4构成一路压力传感通道，首先对每一路压力传感通道进行传感信号标定，即实验获取该通道光纤法珀传感器腔长与解调光路中线阵CCDlO所采集干涉条纹位置的对应关系，作为信号处理单元11的解调依据。阵列式多通道光纤法珀压力测量方法，包括以下步骤采集处理时，LED光源调制模块I产生LED光源调制信号，使某一时刻LED光源阵列3中的一个LED光源2发光，其它LED光源2无光输出，该路LED光源2输出的光通过与其相连的光纤耦合器4到达光纤法珀传感器6，使压力信号调制到光信号。经调制后的光信号再次通过光纤耦合器6导入到光纤阵列8中的对应光纤，并通过光纤阵列8的光纤输出端12进入解调光路模块。在解调光路模块中，光信号通过光楔9形成空间低相干干涉条纹并被线阵CCDlO接收，线阵CCD信号输出与LED光源调制信号保持同步。信号处理单元11对线阵CCDlO输出的干涉条纹信号进行处理，从中提取出法珀腔信号，并根据标定数据对应出压力信息。LED光源调制模块I输出调制频率在IOHz到40kHz的调制信号，LED光源阵列3中的各个LE本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种阵列式多通道光纤法珀压力传感装置，其特征在于，该装置从输入到输出端依序设置LED光源调制模块（1）、LED光源（2）构成的LED光源阵列（3）、光纤耦合器（4）构成的光纤耦合器阵列（5）、光纤法珀传感器（6）构成的光纤法珀传感器阵列（7）、光纤阵列（8）、光楔（9）、线阵CCD（10）构成的解调光路模块以及信号处理单元（11），其中：LED光源阵列（3），用于提供传感检测宽带光源；LED光源调制模块（1），用于产生LED光源调制信号，对各个LED光源依据调制信号进行切换，使LED光源阵列中的各个LED光源依次发光和熄灭；光纤法珀传感器阵列（7），用于感受外界压力变化，将压力转化为法珀腔信息，不同压力对应不同法珀腔腔长；光纤耦合器阵列（5）：用于将LED光源阵列发出的光引入到光纤法珀传感器阵列，并将光纤法珀传感器阵列返回的光引入到解调光路模块中；解调光路模块，用于接收光纤耦合器阵列返回的光信号，并将低相干干涉信号转化成电信号，其中光纤阵列（8）将光纤耦合器阵列返回的信号并行导入到解调光路中；信号处理单元；基于嵌入式系统或计算机，用于从电信号中提取出腔长信息，并对应成压力测量结果；一个LED光源（2）、一个光纤法珀传感器（6）和一个光纤耦合器（4）构成一路压力传感通道，预先对每一路压力传感通道进行传感信号标定，该传感信号标定值即该通道光纤法珀传感器腔长与解调光路中线阵CCD（10）所采集干涉条纹位置的对应关系，作为信号处理单元（11）的解调依据。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁根，江俊峰，王双，刘琨，尹金德，王少华，孟祥娥，张以谟，吴凡，秦尊琪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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