[发明专利]一种光纤光栅信号解调装置及解调方法

说明书

技术领域

本发明创造涉及一种光纤光栅信号解调装置及解调方法，属于光纤传感器技术领域。

背景技术

光纤光栅传感器具有重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰，化学稳定性高，容量大等一系列的优点，并且光纤光栅传感器易于和光纤耦合，形成传感、通信一体化的综合网络系统，因此受到业界的广泛关注。光纤光栅传感技术经过近30年的发展，其技术已经日趋成熟，传感器的成本逐步降低，其检测的物理量也由最初的温度和应变，扩展至流量、加速度、液位等多种物理量，应用领域也从传统的桥梁、电力等行业，扩展至国民经济各个部门。

光纤光栅传感的机理是将外界环境的温度或应变的变化转换为其反射光谱中心波长的漂移。一般情况下，温度变化1℃，其中心波长漂移量仅仅为10 pm左右。因此，如何精确检测其反射光谱中心波长的变化是光纤光栅传感系统解调技术的关键。目前，比较成熟的方法是采用基于扫频激光光源的波长解调方法。通过扫频激光器扫描光纤光栅从而绘制出其反射光谱，进而计算其中心波长。该方法技术成熟，解调精度高，可以同时集成大量光纤光栅传感器。但是众多实际的工程应用中，其规模较小，所需的光纤光栅传感器数量往往只有十几个或几十个。而传统扫频激光器价格非常高昂，因此整个传感系统的成本较高，严重限制了光纤光栅传感技术的应用和发展。所以，如何低成本的检测出光纤光栅反射光谱中心波长的漂移量是光纤光栅传感技术的发展方向。

发明内容

针对上述需求，本发明提出了一种基于无源边沿滤波器和荧光光源的光纤光栅信号解调装置，其成本低廉，并有效补偿了光源输出功率抖动对精度的影响。可以满足众多中、小规模的光纤光栅传感系统的需求。

为实现上述目的，本发明创造是通过以下技术手段来实现的：

一种光纤光栅信号解调装置，其特征在于：包括光纤荧光光源、窄带滤波器、光放大器、边沿滤波器、光开关、1×N光纤耦合器和N个光纤光栅传感模块；所述光纤荧光光源的输出端与窄带滤波器的输入端连接，窄带滤波器的输出端与光放大器的输入端连接，光放大器的输出端与边沿滤波器的输入端连接，边沿滤波器的两个输出端与光开关的两个输入端连接，光开关的输出端与1×N光纤耦合器的输入端连接，1×N光纤耦合器的N个输出端分别连接N个光纤光栅传感模块。

进一步地：

所述的光纤荧光光源包括第一泵浦激光器、第一掺铒光纤、第一波分复用器、第一隔离器；所述的第一波分复用器分别与第一泵浦激光器、第一掺铒光纤和第一隔离器连接，荧光通过第一隔离器的输出端送出。

所述的光放大器包括第二泵浦激光器、第二掺铒光纤、第二波分复用器、第二隔离器；所述的第二波分复用器分别与第二泵浦激光器的输出端和第二掺铒光纤的输入端连接，第二掺铒光纤的输出端与第二隔离器的输入端连接，放大后的光信号经过第二隔离器的输出端依次输出至边沿滤波器、光开关及1×N光纤耦合器。

所述的光纤光栅传感模块包括1×2光纤耦合器、光纤光栅传感器和光电检测；所述的1×2光纤耦合器分别与光纤光栅传感器和光电检测连接，1×2光纤耦合器接收1×N光纤耦合器的光信号。

一种光纤光栅信号解调方法，其特征在于：包括以下步骤：1）产生窄带光；2）对称的边沿特性光谱的获得；3）计算波长漂移量。

所述的步骤1）包括：

11）光纤荧光光源发出宽带光信号，经过窄带滤波器后产生窄带光；

12）窄带光经过光放大器进行功率放大。

所述的步骤2）包括：

21）步骤12）产生的窄带光输入边沿滤波器；

22）边沿滤波器输出对称的边沿特性光信号，两路光信号经过光开关分时送入1×N光纤耦合器，等分成N份。

所述的步骤3）包括：

31）将步骤22）发出的N等分光信号分时输入N个光纤光栅传感模块；

32）计算光纤光栅反射光的功率变化；

33）根据光纤光栅反射光功率变化计算波长的漂移量。

本发明创造的有益效果是：本发明设计了一种具有边沿光谱特性的荧光光源用于光纤光栅传感器反射光谱的解调，与现有商用光纤光栅解调仪相比，显著降低了解调系统成本；采用先窄带滤波后放大的方法，提高泵浦激光器的能量利用效率；利用边缘滤波器的两个输出对称的特性，提高光纤光栅传感模块的测量精度。

附图说明