[发明专利]基于动态扫描的光纤光栅传感解调仪及方法

权利要求书

1.一种基于动态扫描的光纤光栅传感解调仪，其特征在于：包括宽带光源（1）、可调谐滤波器（2）、光纤耦合器（3）、隔离器（4）、光纤光栅（5）、标准具（6）、第一光电探测器（7）、第二光电探测器（8）、第一信号放大调理电路（9）、第二信号放大调理电路（10）、多路同步A/D转换器（11）、基于FPGA的解调控制电路（12）、计算机（13）、D/A转换器（14）、以及高压驱动放大电路（15）；其中，宽带光源（1）的信号输出端与可调谐滤波器（2）的信号输入端连接；可调谐滤波器（2）的信号输出端与光纤耦合器（3）的信号输入端连接；光纤耦合器（3）的信号输出端与隔离器（4）的信号输入端、光纤光栅（5）的信号输入端、第一光电探测器（7）的信号输入端连接；隔离器（4）的信号输出端与标准具（6）的信号输入端连接；标准具（6）的信号输出端与第二光电探测器（8）的信号输入端连接；第一光电探测器（7）的信号输出端与第一信号放大调理电路（9）的信号输入端连接；第二光电探测器（8）的信号输出端与第二信号放大调理电路（10）的信号输入端连接；第一信号放大调理电路（9）的信号输出端、第二信号放大调理电路（10）的信号输出端均与多路同步A/D转换器（11）的信号输入端连接；多路同步A/D转换器（11）的信号输出端与基于FPGA的解调控制电路（12）的信号输入端连接；基于FPGA的解调控制电路（12）的信号输出端与多路同步A/D转换器（11）的信号输入端、计算机（13）的信号输入端、D/A转换器（14）的信号输入端连接；D/A转换器（14）的信号输出端与高压驱动放大电路（15）的信号输入端连接；高压驱动放大电路（15）的信号输出端与可调谐滤波器（2）的信号输入端连接。

2.一种基于动态扫描的光纤光栅传感解调方法，该方法在如权利要求1所述的基于动态扫描的光纤光栅传感解调仪中完成，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

a.宽带光源（1）向可调谐滤波器（2）输出宽带光；可调谐滤波器（2）将输入的宽带光转换成窄线宽激光，并将窄线宽激光输出至光纤耦合器（3）；光纤耦合器（3）将输入的窄线宽激光进行耦合，并将耦合后的窄线宽激光输出至光纤光栅（5），同时通过隔离器（4）将耦合后的窄线宽激光输出至标准具（6）；

b.光纤光栅（5）根据输入的窄线宽激光形成反射谱；第一光电探测器（7）实时探测形成的反射谱，并将探测到的反射谱输出至第一信号放大调理电路（9）；第一信号放大调理电路（9）将输入的反射谱进行放大调理；同时，标准具（6）根据输入的窄线宽激光形成透射谱；第二光电探测器（8）实时探测形成的透射谱，并将探测到的透射谱输出至第二信号放大调理电路（10）；第二信号放大调理电路（10）将输入的透射谱进行放大调理；

c.多路同步A/D转换器（11）实时同步采集放大调理后的反射谱和透射谱，并将采集到的反射谱和透射谱输出至基于FPGA的解调控制电路（12）；基于FPGA的解调控制电路（12）在初始三角波扫描周期实时采集可调谐滤波器（2）的高压驱动信号和标准具（6）的Mag Flag特征波长位置，并将采集到的高压驱动信号和Mag Flag特征波长位置以及输入的反射谱和透射谱输出至计算机（13）；

d.基于FPGA的解调控制电路（12）根据输入的反射谱产生高压驱动信号，并将产生的高压驱动信号输出至D/A转换器（14）；D/A转换器（14）将输入的高压驱动信号进行数模转换，并将数模转换后的高压驱动信号输出至高压驱动放大电路（15）；高压驱动放大电路（15）将输入的高压驱动信号进行放大，并将放大后的高压驱动信号输出至可调谐滤波器（2）；基于FPGA的解调控制电路（12）根据输入的反射谱实时调节可调谐滤波器（2）的扫描电压，使得可调谐滤波器（2）输出的窄线宽激光的波长锁定在反射谱的-3dB位置；

e.当光纤光栅（5）受到外界应变信号时，反射谱的中心波长发生变化，透射谱的各个峰值的中心波长保持不变；重复步骤d，使得可调谐滤波器（2）输出的窄线宽激光的波长重新锁定在反射谱的-3dB位置；计算机（13）根据输入的高压驱动信号、Mag Flag特征波长位置、反射谱、透射谱计算反射谱的-3dB位置相对透射谱的各个峰值的中心位置的变化量，并根据计算出的变化量实时解算出反射谱的中心波长变化信号，然后带入光纤光栅（5）的标定系数，并根据带入的标定系数和计算出的中心波长变化信号实时解算出外界应变信号。

3.根据权利要求2所述的基于动态扫描的光纤光栅传感解调方法，其特征在于：所述步骤c中，可调谐滤波器（2）的初始扫描电压为三角波扫描电压；所述步骤d中，基于FPGA的解调控制电路（12）在三角波扫描电压的上升沿寻找反射谱的最大值，并根据寻找到的反射谱的最大值位置在三角波扫描电压的下降沿调节可调谐滤波器（2）的扫描电压的偏置电压和峰峰值范围，使得可调谐滤波器（2）输出的窄线宽激光的波长锁定在反射谱的-3dB位置；基于FPGA的解调控制电路（12）根据输入的反射谱峰值大小将输入的反射谱峰值分成若干个区间，并根据不同的区间产生具有不同扫描步长的高压驱动信号。