[发明专利]一种嵌入式段式扫描光纤光栅传感解调系统及方法

说明书

本发明涉及一种嵌入式段式扫描光纤光栅传感解调系统，包括波长可调激光器、光纤分路器、光纤耦合器、光纤光栅传感器、光电探测器、调理‑放大‑采样电路和嵌入式控制器，嵌入式控制器的控制端口连接波长可调激光器，波长可调激光器输出的激光经过光纤分路器分路后，各光束分别由对应的光纤耦合器输出到对应的光纤光栅传感器，由光纤光栅传感器反射的激光依次经对应的光纤耦合器和光电探测器进入调理‑放大‑采样电路，然后返回到嵌入式控制器。与现有技术相比，本发明不仅扫描效率高，功效高，而且系统精度和稳定性好，系统实现简单，性价比极高。

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅解调系统，尤其是涉及一种嵌入式段式扫描光纤光栅传感解调系统及方法。

背景技术

光纤光栅传感器与传统的电传感器相比有着更高的可靠性、电磁兼容性、抗干扰能力、耐腐蚀等特征，有着广阔的应用前景。

光纤光栅传感器的工作原理是：随着外界温度、应力或密度等物理量的变化，光纤光栅传感器反射的波长将发生偏移，通过光纤光栅传感器解调系统对光纤光栅传感器反射的波长的偏移量进行解调运算，就可以计算出外界的温度、应力或密度等微小变化，其中解调的关键就是要有效地测量其波长偏移量。

随着近年来可调谐半导体激光技术的发展，高性能波长可调激光器组件已经开始应用于实验室、密集波分复用系统等光通信和实验测量领域，波长可调激光器可指定特定功率和特定波长范围内的任意波长的输出，且具有良好的数字控制接口，如RS232接口、USART、USB等，通过这些接口，按照已知的协议就可对激光器的输出波长进行精确的控制。

目前，常用的光纤光栅解调的方法有滤波解调、干涉解调、可调谐光源解调等，针对每一种分类方法，在具体的实现中又可采用不同的技术进行处理。经过一段时间的检索和研究发现，在已申请的专利中，将指定波长范围内的连续可调谐半导体激光作为核心器件，实现光纤光栅传感解调的系统目前还比较少见，由于系统实现所采用的核心器件不同，最终反映到具体的实现中，差异通常都很大。如申请号201610556709.9虽然引入了可调谐激光器作为光源，只是用来实现“可调谐激光器输出线性扫描光源”；申请号201510411841.6所采用的可调谐光源装置，除了提供扫描光源外，还需要在每次光源输出的同时，向采样装置提供采样触发信号，这种调谐光源所输出的光源显然是间歇脉冲式且非连续性的，而且由于系统存在着光、电传输延迟，在光源输出的同时触发采样，显然存在问题，为此，为解决该类问题，专利201310507078.8引入了参考光栅，来“消除滞后和漂移对波长解调的影响”，申请号201510411841.6采用的是同步输出-输入采样，由于系统参量的变化和不同光栅之间的空间分布的不均衡，实际工作中精确的同步很难做到，采样到的反射光波频率只能是近似值，误差比较大，且所采用的可调谐激光光源设有起始波长、终止波上和步进，在此范围内进行全光谱扫描，然后再根据传感器数量进行分区划分计算，这样的处理方式，一方面需要大量的内存用于保存全光谱内每个步进的采样结果，另一方面，在每个扫描周期结束后，再分段提取数据，分段计算偏移结果，最后批量输出计算结果，系统延时大，实时性不高；由于系统实现方法复杂，说明文件在[0070]段就明确说明，“上位机”为“PC控制”的系统，因为PC系统有着丰富的内存和计算资源，但是基于PC的系统与采用嵌入式的系统方案在经济性和实用性上均无法同嵌入式系统方案相比，适用的范围、场合也不尽相同，且系统集成度差，性价比差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种嵌入式段式扫描光纤光栅传感解调系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：