[发明专利]基于F-P标准具和参考光栅的波长解调系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于F-P标准具和参考光栅的波长解调系统，本发明还涉及一种基于F-P标准具和参考光栅的波长解调方法。

背景技术

光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本等特点，此外其波长编码特性以及能在单光纤上实现准分布式测量的优点是其它传感器所无法比拟的，具有广阔的应用前景。光纤光栅传感器是一种波长调制型器件，外界物理量的变化会影响光纤光栅的中心波长，通过测量光纤光栅中心波长的变化，就可以获得外界物理量的变化情况。但目前限制光纤光栅传感器大规模实际应用的最主要障碍之一是对光纤光栅传感器波长信号的解调，所以精确解调波长的变化是光纤光栅传感的一项关键技术。

波长解调方法有很多种，其中基于可调谐法布里珀罗(Fabry-Perot，F-P)滤波器的波长解调方法具有灵敏度高、可调谐范围大等特点得到了广泛应用。传统的基于可调谐F-P滤波器的波长解调方法是通过标定获得压电陶瓷的驱动电压和光纤光栅反射波长的对应关系实现的，这种解调方法简单实用。但由于可调谐F-P滤波器器件本身制造工艺的限制，在反复扫描时受电磁感应和电荷迟滞等的影响不可能每次扫描都精确重合，且其压电陶瓷容易受到外界环境温度和使用时间的影响发生偏移，获得的压电陶瓷驱动电压和光纤光栅反射波长之间的对应关系存在严重的系统误差，从而难以保证解调系统对待测传感光栅的检测精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于F-P标准具和参考光栅的波长解调系统，解决了现有技术中存在的解调系统对待测传感光栅的检测精度低的问题。

本发明另一个目的是提供一种基于F-P标准具和参考光栅的波长解调方法。

本发明所采用的第一技术方案是，一种基于F-P标准具和参考光栅的波长解调系统，包括光源，光源依次通过光路与光隔离器、可调谐F-P滤波器和耦合器相连接；耦合器分别通过光路连接有F-P标准具和光环形器；F-P标准具通过光路与第一光电探测器相连接，第一光电探测器依次通过导线与数据采集器和PC机相连接；光环形器通过光路分别连接有第二光电探测器和第一参考光纤光栅，第二光电探测器通过导线与数据采集器相连接；第一参考光纤光栅依次通过光路与第二参考光纤光栅和传感光纤光栅相连接；PC机通过导线连接有用于锯齿波信号扫描的数模转换器；数模转换器通过光路与可调谐F-P滤波器相连接。

本发明的特点还在于，

光源为宽带光源；第一参考光纤光栅和第二参考光纤光栅为同种材质波长间隔为1nm的光栅；耦合器为1×2(50∶50)型耦合器。

本发明所采用的第二技术方案是，一种基于F-P标准具和参考光栅的波长解调方法，采用上述基于F-P标准具和参考光栅的波长解调系统，具体按照以下步骤实施：

步骤1、PC机通过数模转换器发出锯齿波扫描电压控制可调谐F-P滤波器；

步骤2、数据采集器对F-P标准具通道和传感光栅通道的光谱进行同步数据采集并传给PC机；

步骤3、PC机分别对F-P标准具通道和传感光栅通道采集到的数据进行寻峰计算；

步骤4、PC机根据第一参考光栅和第二参考光栅的波长值和步骤3中的两通道的寻峰结果计算得到传感光栅的波长。

本发明的特点还在于，

F-P标准具通道和传感光栅通道的形成过程如下：光源发出的光经隔离器进入可调谐F-P滤波器，可调谐F-P滤波器出来的光从A端进入耦合器并均分为两路，第一路光经B端从耦合器出来，再进入F-P标准具，然后进入第一光电探测器，最后经数据采样器送入PC机形成F-P标准具通道；第二路光经C端从耦合器出来，由D端进入光环形器后从E端出来，从E端出来的光经第一参考光栅、第二参考光栅和传感光栅后的反射光由E端再次进入光环形器并从F端射出光环形器，然后进入第二光电探测器，最后经数据采样器送入PC机形成传感光栅通道；采集到的数据为F-P标准具通道和传感光栅通道的光信号转换而成的具有相同包络的电信号，横坐标为采样时间，纵坐标为电压。

PC机分别对F-P标准具通道和传感光栅通道采集到的数据进行寻峰计算具体为：将F-P标准具通道中寻得的各峰的横坐标存放在数组Peak0[]中；将传感光栅通道中寻得的各峰的横坐标存放在数组Peak1[]中，且数组Peak1[]中仅有3个元素，Peak1[1]表示第一参考光栅的峰值横坐标值，Peak1[2]表示第二参考光栅的峰值横坐标值，Peak1[3]表示传感光栅的峰值横坐标值。

步骤4具体按照以下步骤实施：