一种具有实时参考的光纤光栅解调系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有实时参考的光纤光栅解调系统，由光路部分、电路部分、上位机和软件程序组成，在基于Fabry-Perot可调谐滤波解调法的原始解调系统基础上，通过耦合器和隔离器并联一路具有精密Fabry-Perot腔的参考光路，通过参考光路的测量值可实时校准测量光路的测得结果，以提高解调的精度，两路光电信号由底层硬件电路采集、编码后传输到上位机，在上位机上采用高斯拟合算法提取峰值位置，利用参考光路的标准值对测量光路实时参考，该方法有效的解决了Fabry-Perot可调谐滤波器的时漂、温漂和迟滞等原理性误差所导致解调精度劣化问题，为光纤光栅解调系统的构建提供了一种新的探索方向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤光栅传感领域，涉及一种光纤光栅传感的波长解调系统，具体涉及一种具有实时参考的光纤光栅解调系统。
技术介绍
随着光纤光栅制备技术的成熟，光纤光栅开始逐渐运用于传感领域。相对于传统的电气传感器，光纤光栅具有波长编码、绝对参考、抗电磁干扰能力强、化学性质稳定、体积小、重量轻、制作方便、易规模化低成本生产、易于复用等诸多特点。它在大型结构件的重要 物理量(如应变、温度、压力、加速度等)的准分布式测量和大型民用工程的结构健康监测方面都具有显著的优势。因此，近年来光纤光栅传感器一直备受包括测试测量、故障检测、结构健康监测等诸多领域的学者和工程技术人员的关注。光纤光栅传感器采用的是波长编码，它将被测量的改变反映为输出光谱的布拉格波长(中心波长)的漂移。因此，对各个波长段的光强进行测量然后据此确定各个布拉格波长是实现光纤光栅精确测量的必不可少的环节，这就是光纤光栅的解调。光纤光栅解调系统是光纤光栅传感系统中的一个关键设备，当前光纤光栅解调系统常采用基于Fabry-Perot可调谐滤波器的解调方法。其原理如下宽带光源经光纤光栅的作用后，会反射回具有特定中心波长的全光谱信号。随后该全光谱信号会经过Fabry-Perot可调谐滤波器，它会将透过波长以外的光滤除以输出某一特定波长段的光强值，若再对滤波器进行调谐即可分时输出各个波长段的光强值，对这些光强进行分析即可得到中心波长。在原始的光纤光栅解调系统中，可调谐Fabry-Perot滤波器两端的压电晶体存在迟滞蠕动与非线性等误差。迟滞现象导致压电晶体在驱动电压下降到初始值时伸缩长度不能回到初始的长度上，这样导致在每个驱动周期中在相同的电压下压电晶体的伸缩量不同、滤波波长不同。而压电晶体的两端电压与伸缩长度之间的关系式非线性的导致了布拉格波长的相对位置与实际波长之间的关系的非线性。这些现象会导致整个系统出现时间漂移和温度漂移，从而使解调精度发生劣化。
技术实现思路
为了克服以上现有技术的不足，本专利技术公开了一种具有实时参考的光纤光栅解调系统，该系统在基于Fabry-Perot可调谐滤波器的解调方法构造的测量光路旁并联了一参考光路，通过参考光路的测量值可实时校准测量光路的测得结果，以提高解调的精度。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案包括光路环节、电路环节以及上位机，所述光路环节包括Fabry-Perot可调谐滤波器，Fabry-Perot可调谐滤波器的输出端设置有第一稱合器,第一稱合器将Fabry-Perot可调谐滤波器输出的光源分为两路，一路光源输入光纤光栅，另一路光源通过光纤隔离器后输入标准具，标准具为固定腔长的Fabry-Perot腔，电路环节包括信号采集环节，信号采集环节包括两路采集通道，一路采集通道设置于光纤光栅的反射光路或透射光路上，另一路采集通道设置于标准具的输出端，信号采集环节与上位机相连。所述光路环节还包括宽带光源，宽带光源设置于Fabry-Perot可调谐滤波器的输入端。所述光路环节还包括第二耦合器，第二耦合器设置于第一耦合器的输出端与光纤光栅之间。所述电路环节还包括锯齿波发生环节，锯齿波发生环节与Fabry-Perot可调谐滤波器相连。所述信号采集环节还包括多路选择器、A/D转换器以及DSP处理器，DSP处理器与上位机相连，A/D转换器分别与多路选择器以及DSP处理器相连，每路采集通道包括依次连接的光电管、放大调理电路以及采样保持器，采样保持器与多路选择器相连。所述上位机中设置有软件程序，软件程序包括两路并行的信号处理流程，一路信号处理流程对由标准具输出的信号采用高斯拟合法确定布拉格波长出现时的驱动电压，然后利用多项式拟合得到驱动电压与透过波长的实时函数关系；另一路信号处理流程对由光纤光栅反射的信号采用高斯拟合法确定布拉格波长出现时的驱动电压，然后利用得到的实时函数关系对光纤光栅进行实时的解调。针对原始的光纤光栅解调系统的缺陷或不足，即存在由Fabry-Perot可调谐滤波器两端的压电晶体的迟滞和蠕动导致的性能漂移，故而解调精度发生劣化，本专利技术提出一种具有实时参考的光纤光栅解调系统，它利用内部具有长周期的稳定的Fabry-Perot腔作为标准具，采用多项式拟合的方式得到整个系统驱动电压与透过波长之间的实时的函数关系，通过这个函数关系可以对测量光路的结果进行实时的解调，最终克服了时漂与温漂所导致的精度劣化问题。本专利技术将实时参考技术引入基于Fabry-Perot可调谐滤波器的光纤光栅解调系统中，解决了现有解调系统的时漂、温漂与非线性等问题。本专利技术与现有光纤光栅解调系统相比具有以下特点I、在大范围上实现高精度测量通过并联一高精度的固定腔长Fabry-Perot腔作为参考，由于高精度的固定腔长Fabry-Perot腔可产生高精度、密集、宽范围的参考峰值，利用它可在大范围上剔除测量光路中由于Fabey-Perot可调谐滤波器所导致的测量误差而得到较高的精度。2、系统稳定性高本专利技术中对一光纤光栅进行多次解调，实验显示解调结果具有很好的重复性与稳定性。3、结构简单，成本适中本专利技术中测量系统结构简单，较原始的光纤光栅解调系统，它对Fabry-Perot可调谐滤波器的各项性能指标如线性度、重复性等要求不高从而控制了系统设备的成本。附图说明图I是本专利技术所述具有实时参考的光纤光栅解调系统的示意图；图2是图I所述系统的光电采集电路内部结构图(信号采集环节)；图3是图I所述系统的整体工作流程图4是参考光路与测量光路的信号处理流程图；图中1为宽带光源；2为Fabry-Perot可调谐滤波器；3_1为第一I禹合器；3_2为第二稱合器；4为光纤光栅；5为光纤隔离器；6为固定腔长的Fabry-Perot腔；7为锯齿波发生器；8为双通道的光电信号采集电路；9为上位机；10为光电管；11为放大调理电路；12为采样保持器；13为多路选择器；14为A/D转换器；15为DSP处理器。具体实施方式 下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述参见图I-图4，本专利技术包括光路环节、电路环节以及上位机9和软件程序，所述光路环节包括Fabry-Perot可调谐滤波器2，Fabry-Perot可调谐滤波器的输出端设置有第一耦合器3-1，第一耦合器将Fabry-Perot可调谐滤波器输出的光源分为两路，一路光源输入光纤光栅4，形成测量光路，另一路光源通过光纤隔离器5后输入标准具，形成参考光路，标准具为固定腔长的Fabry-Perot腔6,光纤隔离器用于隔离固定腔长的Fabry-Perot腔产生的反射光，它使Fabery-Perot腔产生的反射光不会透过耦合器反向混入光纤光栅的测量光路，从而使参考光路与测量光路独立以便于后续的信号分析处理。电路环节包括信号采集环节，信号采集环节包括两路采集通道，一路采集通道设置于光纤光栅的反射光路上，另一路采集通道设置于标准具的输出端，信号采集环节与上位机相连；两路采集通道分别采集测量光路与参考光路的光电信号，上位机可用于波形显示、记录和数据分析；软件程序中通过参考光路对测量光路进行实时解调以得到布拉格波长的位置，软件程序主要基于LABVIEW 编写。所述光路环节还包括宽带光源I，宽带光源设置于Fabry-Perot可调谐滤波器2的输入端，并与Fabry-Per本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有实时参考的光纤光栅解调系统，其特征在于：包括光路环节、电路环节以及上位机（9），所述光路环节包括Fabry？Perot可调谐滤波器（2），Fabry？Perot可调谐滤波器的输出端设置有第一耦合器（3？1），第一耦合器将Fabry？Perot可调谐滤波器输出的光源分为两路，一路光源输入光纤光栅（4），另一路光源通过光纤隔离器（5）后输入标准具，标准具为固定腔长的Fabry？Perot腔，电路环节包括信号采集环节，信号采集环节包括两路采集通道，一路采集通道设置于光纤光栅的反射光路或透射光路上，另一路采集通道设置于标准具的输出端，信号采集环节与上位机相连。

【技术特征摘要】
1.一种具有实时参考的光纤光栅解调系统，其特征在于包括光路环节、电路环节以及上位机(9),所述光路环节包括Fabry-Perot可调谐滤波器(2), Fabry-Perot可调谐滤波器的输出端设置有第一I禹合器(3-1),第一I禹合器将Fabry-Perot可调谐滤波器输出的光源分为两路，一路光源输入光纤光栅(4)，另一路光源通过光纤隔离器(5)后输入标准具，标准具为固定腔长的Fabry-Perot腔，电路环节包括信号采集环节，信号采集环节包括两路采集通道，一路采集通道设置于光纤光栅的反射光路或透射光路上，另一路采集通道设置于标准具的输出端，信号采集环节与上位机相连。2.根据权利要求I所述一种具有实时参考的光纤光栅解调系统，其特征在于所述光路环节还包括宽带光源(I)，宽带光源设置于Fabry-Perot可调谐滤波器的输入端。3.根据权利要求I所述一种具有实时参考的光纤光栅解调系统，其特征在于所述光路环节还包括第二稱合器(3-2),第二稱合器设置于第一稱合器(3-1)的输出端与光纤光栅(4)之间。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯成刚，彭一真，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：