[发明专利]基于移相信号调制的光纤光栅传感调制解调方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于移相信号调制的光纤光栅传感调制解调方法及装置，包括激光光源、隔离器、光开关、相位调制器、环形器、光纤光栅组、信号发生器、光电转换器、数据采集模块和数据处理模块，利用光开关，对激光光源进行调制，产生脉冲光束，再利用相位调制器对脉冲光束进行高速脉冲相位调制，脉冲光束在环形器中发生干涉，实现多路移相信号的产生并由第3端口输出，配合多路移相算法的解调方法，实现光纤传感器的振动相位解调。该调制解调方法光路简单，可以方便地组成多个传感模块，调制要求较低，解调电路简单，实时性高，精度高，动态范围广，抗环境干扰能力强。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于移相信号调制的光纤光栅传感调制解调方法及装置。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，人类社会已步入高速发展的信息时代。物联网技术、通信技术以及计算机已成为飞速发展的信息技术。在此基础上，物联网中的传感网络越来越受到人们的密切关注。在信息技术的发展过程中，各个行业都离不开传感器，比如工业控制、自动化生产过程、环境监测、石油管道的监测、生物医学、安防监测、桥梁和隧道监测等等都有传感器的踪迹。和传统的电子传感器相比，光纤光栅传感器光纤传感器具有尺寸小，重量轻，成本低廉，抗电磁干扰，灵敏度高，安全可靠，耐腐蚀，可进行分布式测量，易于组网等诸多优点，已经广泛应用于对温度，振动，应力等参量的测量。

美国专利US5903350(Demodulator and Method useful for MultiplexedOptical Sensors)，提出了“五步调制法”，需要在一个调制脉冲内，产生5个相位变化，分别为0，π/2，π，3π/2，2π。这种调制解调方法，需要产生5个台阶状的调制信号，5个相位需要均匀的提高，每个相位台阶宽度相等。该调制解调方法对产生调制信号所用的硬件及方法具有很高要求，由于相位调制的激光脉冲光束宽度较小，在生成5个相同宽度的相位台阶时，其高度不易保持均匀提高且单个相位容易产生抖动。该调制解调方法还需要双脉冲光束，利用一个经过“五步调制法”的脉冲光束和另一个未进过调制的脉冲光束发生干涉，从而提供干涉光强信号。所以在脉冲光束进入光纤光栅组之前需要通过补偿器，以使两个脉冲光束获得相应的时间差，使两个脉冲光束从光纤光栅组返回后可以发生干涉。但由于补偿器的精度问题，两个脉冲光束干涉时可能产生误差，降低最终探测精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于移相信号调制的光纤光栅传感调制解调方法及装置，解决了传统相位检测技术调制难度大、易受干扰、硬件系统要求高、解算速度慢，多区域探测时硬件复杂的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于移相信号调制的光纤光栅传感调制解调方法，方法步骤如下：

步骤1、打开激光光源，并使光纤光栅组感应振动，信号发生器分别与光开关和相位调制器连接，由信号发生器产生脉冲信号作用于光开关，产生连续光脉冲，作用于相位调制器，产生连续相位脉冲调制，激光光源发出的光依次经过隔离器、光开关和相位调制器，形成经相位调制的激光脉冲光束；

步骤2、经过相位调制的激光脉冲光束进入环形器的第1端口，通过其第2端口进入熔接光纤光栅组的光纤，脉冲光束透过光纤光栅组中的不同光纤光栅时，均有部分脉冲光束返回环形器，相邻两个光纤光栅反射的脉冲光束在环形器中产生干涉信号，并从环形器的第3端口输出至光电转换器，光电转换器接收干涉信号，设相邻两个光纤光栅反射光的时间差为Δt，则相邻两个光纤光栅产生的干涉光强I(t)如下式：

设振动信号的振动周期为T_S，光开关形成的光脉冲光束宽度为T₁，光开关形成的光脉冲周期与调制信号的相位调制周期相同，均为T，且T＜＜T_S，所以认为在0＜t＜T这个时段内，振动信号在时域内保持不变；k为整数，令合相位其中为初始相，为漂移相，表示振动信号相；A、B均为常数；