[发明专利]一种基于光开关级联的多路光纤光栅传感器解调方法

说明书

技术领域

本发明提供一种基于光开关级联的多路光纤光栅传感器解调方法,它涉及一种对多路光纤光栅传感器解调方法的研究，其目的是实现多路光纤光栅传感器的实时解调，以适应结构健康监测中光纤光栅传感器大容量、多参量的特性。此外，本发明所述方法有利于光纤光栅传感器在实际工程领域的推广应用，属于结构健康监测技术领域。

背景技术

光纤光栅传感器可对其布贴局部区域的应力应变进行实时监测，且具有抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、本征无源、易维护等优点重量轻、耐腐蚀等优点，使其在各种大型机电、石油化工、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中得到越来越广泛的应用。

常用的光纤光栅传感器解调方法有基于法布里-珀罗谐振腔的光栅传感器波长解调法、基于光栅传感器波长偏移的应变传感器信号解调法、基于光栅传感器波长偏移的温度传感器信号解调法，其中基于法布里-珀罗谐振腔的光栅传感器波长解调法因其实现方法简单精度高被广泛的应用在实际工程中，但因器件本身的条件限制，利用法布里-珀罗谐振腔的光栅传感器波长解调法能同时解调的光纤光栅传感器数量较少，不利于光纤光栅传感器的大规模应用。

基于以上现状和问题，本发明一种基于光开关级联的多路光纤光栅传感器解调方法，能够同时对多路光纤光栅传感器进行解调，并且有较高的精度，能够适应结构健康监测中光纤光栅传感器大容量、多参量的特性，在结构健康监测领域有很强的工程实用性，便于实际应用。

发明内容

(一)本发明的目的是：

本发明一种基于光开关级联的多路光纤光栅传感器解调方法，利用光开关级联的方法，实现多路光纤光栅传感器程度的解调，以适应结构健康监测中光纤光栅传感器大容量、多参量的特性，有利于光纤光栅传感器在实际工程领域的推广应用，便于对结构进行健康监测。

(二)其具体技术方案如下：

本发明一种基于光开关级联的多路光纤光栅传感器解调方法，其具体步骤如下：

步骤一，选择光纤光栅传感器并设计实现单路光纤光栅传感器解调系统；

步骤二，根据光纤光栅传感器数量设计光开关级联模块；

步骤三，设计光开关级联模块驱动电路；

步骤四，设计光开关级联模块驱动程序及多路光纤光栅传感器解调程序；

步骤五，设计多路光纤光栅传感器信号采集系统，配合光开关级联模块连接进行实时解调。

其中，在步骤一中所述的“光纤光栅传感器”是指其基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。

其中，在步骤一中所述的“选择光纤光栅传感器并设计实现单路光纤光栅传感器解调系统”；其作法如下：选择型号为EDF-MP980的光纤光栅传感器，采用光纤法布里-珀罗可调谐滤波器(一种由两块平行的玻璃板组成的多光束滤波器，其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率，特性为当入射光的频率满足其共振条件时，其透射频谱会出现很高的峰值，对应着很高的透射率)解调法，将宽带光源的光通过F-P腔，经过光耦合器(对输入、输出电信号有良好的隔离作用，由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大)后分为两路光，第一路光进入光纤光栅传感器，另外一路光进入光梳状滤波器，第一路光的反射信号经过光耦合器的输出，通过测量光梳状滤波器的透射光和光纤光栅反射光，经过计算得到光纤光栅反射光的波长，实现单光纤光栅传感器的解调。

其中，在步骤二中所述的“光开关”是指一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作；所述的“光开关级联模块”是指将多个光开关按照一定的关系串联起来，形成的模块。

其中，在步骤二中所述的“根据光纤光栅传感器数量设计光开关级联模块”；其作法如下：根据光纤光栅传感器数量设计光开关级联模块，本发明使用的光纤光栅传感器的数目为16,采用1:4的光开关，设计的光开关级联模块共2级。

其中，在步骤三中所述的“设计光开关级联模块驱动电路”；其作法如下：主要包括为光开关级联模块供电的电源模块、光开光控制信号接收，经过滤波、放大后提供给光开关光开关级联模块的控制信号传递模块；电源模块主要为光开关级联模块中所有的光开关正常工作提供电源，控制信号传递模块主要接收并传递现场可编程门阵列(即FPGA)提供的控制信号，用来控制光开关级联模块中光开关通道的切换。