本发明专利技术公开了一种多通道高精度光纤光栅解调装置及其解调方法，其中，装置采用宽带光源、可调谐FP滤波器和光放大器串接构建可调谐激光器，获取高稳定性、高功率的可调谐激光输出；以光纤光栅的反射信号幅值作为动态反馈，采用电控可调光衰减器动态实时调节每一个光纤光栅波长对应的光功率衰减量，从而在每一个光纤光栅波长下获得动态补偿的幅值稳定的高信噪比传感信号光功率，综合补偿了光源的不平坦、光纤光栅传感器阵列布设和使用中的不可预期的动态变化，从而有效提高光纤光栅传感器的长期检测能力和检测精度。在航天、航空、石化、土木和电力领域有很好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤光栅传感领域，该解调装置和方法可用于各种基于光纤光栅的应变、温度、压力等传感器的解调应用，应用场合包括航天、航空、石化、土木和电力。
技术介绍
光纤光栅传感系统是以光为载体，光纤为媒介。除了具有尺寸小、重量轻、带宽宽、灵敏度高、抗电磁干扰能力强和耐腐蚀能力强等优点外，而且是对波长绝对编码、不受光功率波动影响、集传感与传输于一体、易于制作以及埋入材料内部，已实现应力、应变、温度等多种物理量的测量。相比传统电传感系统，该技术在强电磁干扰、易燃易爆或热真空等严酷环境下更具优势。尽管光纤光栅传感系统理论上只依赖于光纤光栅波长，但信号的强度会影响到光纤光栅光谱的信噪比，进而影响到波长提取。因此传感系统中需要各传感器返回的光信号具有相同的幅值大小。一种可行的办法是采用平坦化的光源和反射率性能一致的光纤光栅传感器来实现，解决基于可调谐法布里-珀罗滤波器的光谱扫描技术信号衰减大和信道受限的问题。但在实际的应用场合，每个光纤光栅在安装布线后，反射谱幅值会发生变化，尤其随着测量环境改变，例如在超低温环境下，当布线弯曲过大，固定胶恶化和光纤涂覆层材料变形均会导致光纤传输损耗和光纤光栅反射谱幅值产生不可预期的动态变化，使各通道中的多个反射幅值差异增大，出现一些光纤光栅的反射峰无法检测而失效的困难。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有技术中存在的不足，提出一种信号功率动态自平坦的。该光纤光栅解调装置以光纤光栅的反射信号幅值作为动态反馈，补偿光源光功率的非平坦和系统布设使用中光损耗的动态不可预期的变化，从能有效提高光纤光栅传感器的长期检测能力和检测精度。为了解决上述技术问题，本专利技术多通道高精度光纤光栅传感解调装置予以实现的第一种技术方案是:该装置包括宽带光源、固定光衰减器、光隔离器、可调谐FP滤波器、光放大器、光纤耦合器、光纤FP标准具、电控可调光衰减器、I XN光开关、多个光纤无源器件、光纤光栅传感器阵列、第一光电探测器、第二光电探测器、采集卡和计算机；其中:宽带光源:采用C波段ASE光源、C+L波段ASE光源和SLD光源中任何一种，输出功率在0.5mff IOmW ；固定光衰减器:用来调节光源输出光功率，以达到可调谐FP滤波器对入口功率的限制范围；光隔离器:防止从光源输出的光反射回光源，以减小对光源造成伤害；可调谐FP滤波器:通过对其驱动电压的调节从宽带光源中滤出波长变化的窄光谱信号，从而形成高稳定度的可调谐激光输出，可调谐FP滤波器的谱宽在IOpm 200pm，自由谱范围为IOOnm 200nm ；光放大器:采用与光源工作波段匹配的光放大器，光放大器选用光纤放大器或半导体光放大器，经过光放大器放大可调谐激光输出光功率，从而形成IOmW的可调谐激光输出；光纤耦合器:将经过光放大器5输入的激光分成两束；一束光依次通过光纤FP标准具、光电探测器和采集卡后传输给计算机进行波长校正处理，另一束光依次通过电控可调光衰减器、IXN光开关和光纤无源器件后传输给由多个串联的、不同反射波长的光纤光栅传感器构成的光纤光栅传感器阵列；光纤FP标准具:用于输出等光频间隔的梳状光谱线，光频间隔在IOGHz IOOGHz ；电控可调光衰减器:用于动态实时调节每一个光纤光栅波长对应的光功率衰减量，从而在每一个光纤光栅波长下获得动态补偿的、幅值稳定的传感信号光功率；I XN光开关:通过控制其驱动板，实现光在N路的相应切换，N的数值选自2，4，8，16,32,64,128中的一个；多个光纤无源器件:将光源发出的光传输到待检测物体并收集反射信号光，光纤无源器件采用光纤环形器或光纤耦合器；光纤光栅传感器阵列:用于感知外界待测量物体引起的参量变化，并将其编码到光纤光栅反射波长上；所述光纤光栅传感阵列的搭建采用时分复用结构。第一光电探测器和第二光电探测器:第一光电探测器设置在光纤FP标准具与采集卡之间，第二光电探测器设置在每个光纤无源器件与采集卡之间，第一光电探测器和第二光电探测器均分别用于将输入的光信号转化为电压模拟信号；采集卡:采集由第一光电探测器和第二光电探测器得到的电压模拟信号，并输出控制可调谐FP滤波器的模拟信号、IXN光开关的数字信号和电控可调光衰减器的模拟信号;计算机:通过对采集卡的控制，实现多通道光纤光栅的解调计算、显示和存储。本专利技术多通道高精度光纤光栅传感解调方法，采用上述的传感解调装置的第一种技术方案进行解调，包括以下步骤:步骤一:宽带光源发出的光通过固定光衰减器，使得输入到可调谐FP滤波器的光符合其入口功率的限制要求，宽带光源与可调谐FP滤波器之间的光隔离器用以保证光路传输的方向，可调谐FP滤波器输出的可调谐激光经过光放大器放大后获得IOmW的可调谐激光输出；步骤二:光纤I禹合器米用分光比为90:10的I禹合器,光纤I禹合器将光放大器输出的可调谐激光分为10:90的两束，其中:光放大器输出的10%的光分配给光纤FP标准具，由第一光电探测器将光纤FP标准具输出的光信号转化为电压模拟信号，并输入到采集卡，由采集卡控制扫描帧获得光纤FP标准具的光谱图，通过计算机进行算法处理，从而对可调谐激光输出波长进行校正；光放大器输出的90%的光用于光纤光栅传感；步骤三:由采集卡控制I XN光开关切换，从而构成多通道光纤光栅传感网络，光纤耦合器输出的90%的光经过一个电控可调光衰减器实时调节每个采样点对应的光功率衰减量后，由I XN光开关构成时分复用的N通道光束用于光纤光栅传感，每条通道均可串联多个光纤光栅传感器，并利用多个光纤无源器件获得多个光纤光栅传感器的反射光，反射光经由第二光电探测器转化为电压模拟信号，采集卡采集该电压模拟信号后，将获得的传感光纤光栅反射光谱作为反馈信息，用以控制电控可调光衰减器的驱动电压，从而调节每个采样点对应的光衰减量，实现传感信号反射幅值的动态自平坦功能；步骤四:采集卡将从第二电探测器依次扫描得到的传感光纤光栅反射光谱信息输入到计算机，通过算法解调出光纤光栅传感网络携带的待测点物理参量，并实现数据的处理、存储和显示。本专利技术多通道高精度光纤光栅传感解调装置予以实现的第二种技术方案是:该装置包括宽带光源、固定光衰减器、光隔离器、可调谐FP滤波器、光放大器、光纤耦合器、光纤FP标准具、电控可调光衰减器、I XN光纤分束器、多个光纤无源器件、光纤光栅传感器阵列、第一光电探测器、多个第二光电探测器、采集卡和计算机；与上述第一种传感解调装置的不同点仅在于:I XN光纤分束器:将输入的宽带光源分成N束光强相同、谱形相同的宽带光，N取值选自 2,4,8,16,32,64,128 中的一个；光纤光栅传感器阵列:用于感知外界待测量物体引起的参量变化，并将其编码到光纤光栅反射波长上；所述光纤光栅传感阵列的搭建采用空分复用结构，每条通道均分别配置一个电控可调光衰减器；第一光电探测器和多个第二光电探测器:第一光电探测器设置在光纤FP标准具与采集卡之间，每个第二光电探测器均分别设置在每个光纤无源器件与采集卡之间，第一光电探测器和第二光电探测器均分别用于将输入的光信号转化为电压模拟信号。本专利技术多通道高精度光纤光栅传感解调方法，采用上述的传感解调装置的第二种技术方案进行解调，包括以下步骤:步骤一:宽带光源发出的光通过固定光衰减器，使得输本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多通道高精度光纤光栅传感解调装置，其特征在于，该装置包括宽带光源（1）、固定光衰减器（2）、光隔离器（3）、可调谐FP滤波器（4）、光放大器（5）、光纤耦合器（6）、光纤FP标准具（7）、电控可调光衰减器（8）、1×N光开关（9）、多个光纤无源器件（11）、光纤光栅传感器阵列（12）、第一光电探测器（13）、第二光电探测器（16）、采集卡（14）和计算机（15）；其中：宽带光源（1）：采用C波段ASE光源、C+L波段ASE光源和SLD光源中任何一种，输出功率在0.5mW～10mW；固定光衰减器（2）：用来调节光源输出光功率，以达到可调谐FP滤波器（4）对入口功率的限制范围；光隔离器（3）：防止从光源输出的光反射回光源，以减小对光源造成伤害；可调谐FP滤波器（4）：通过对其驱动电压的调节从宽带光源中滤出波长变化的窄光谱信号，从而形成高稳定度的可调谐激光输出，可调谐FP滤波器的谱宽在10pm～200pm，自由谱范围为100nm～200nm；光放大器（5）：采用与光源工作波段匹配的光放大器，光放大器（5）选用光纤放大器或半导体光放大器，经过光放大器（5）放大可调谐激光输出光功率，从而形成10mW的可调谐激光输出；光纤耦合器（6）：将经过光放大器（5）输入的激光分成两束；一束光依次通过光纤FP标准具（7）、光电探测器（13）和采集卡（14）后传输给计算机（15）进行波长校正处理，另一束光依次通过电控可调光衰减器（8）、1×N光开关（9）和光纤无源器件（11）后传输给由多个串联的、不同反射波长的光纤光栅传感器构成的光纤光栅传感器阵列（12）；光纤FP标准具（7）：用于输出等光频间隔的梳状光谱线，光频间隔在10GHz～100GHz；电控可调光衰减器（8）：用于动态实时调节每一个光纤光栅波长对应的光功率衰减量，从而在每一个光纤光栅波长下获得动态补偿的、幅值稳定的传感信号光功率；1×N光开关（9）：通过控制其驱动板，实现光在N路的相应切换，N的数值选自2，4，8，16，32，64，128中的一个；光纤无源器件（11）：将光源发出的光传输到待检测物体并收集反射信号光，光纤无源器件采用光纤环形器或光纤耦合器；光纤光栅传感器阵列（12）：用于感知外界待测量物体引起的参量变化，并将其编码到光纤光栅反射波长上；第一光电探测器（13）和第二光电探测器（16）：第一光电探测器（13）设置在光纤FP标准具（7）与采集卡（14）之间，第二光电探测器（16）设置在光纤无源器件（11）与采集卡（14）之间，第一光电探测器（13）和第二光电探测器（16）均分别用于将输入的光信号转化为电压模拟信号；采集卡（14）：采集由第一光电探测器（13）和第二光电探测器（16）得到的电压模拟信号，并输出控制可调谐FP滤波器（8）的模拟信号、1×N光开关（9）的数字信号和电控可调光衰减器（4）的模拟信号；计算机（15）：通过对采集卡（14）的控制，实现多通道光纤光栅的解调计算、显示和存储。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江俊峰，刘铁根，宋璐瑶，刘琨，王双，尹金德，何盼，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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