[发明专利]一种光纤光栅传感系统及其解调方法

说明书

技术领域

本发明实施例涉及光纤传感技术，尤其涉及一种光纤光栅传感系统及其解调方法。

背景技术

光纤传感技术的研究始于20世纪70年代，与传统电学传感器相比，光纤传感器具有结构简单、灵敏度高、不受电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、体积小、成本低等许多优点，已在国防、石油管线、电力等领域得到了广泛的应用。

光纤光栅是一种通过特定方式使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。现有技术中，一般采用光时域反射技术(OTDR)和波长调制技术进行光纤传感器的定位和解调。但是，OTDR和波长解调技术设备昂贵，且长距离探测时OTDR会存在较大的盲区，大大限制了光纤光栅传感装置的推广和应用。

本发明实施例提出一种光纤光栅传感系统，其定位精度与距离无关，且不需要昂贵的波长解调设备。

发明内容

本发明实施例提供一种光纤光栅传感系统及其解调方法，以精确定位及解调待测物理量的变化。

第一方面，本发明实施例提供了一种光纤光栅传感系统，包括混沌光源、光纤分路器、光纤环行器、光纤光栅传感器以及数据处理装置；

所述混沌光源与所述光纤分路器输入端连接，所述光纤分路器第一输出端与所述光纤环行器输入端连接，所述光纤环行器的第一输出端与所述光纤光栅传感器连接，所述光纤分路器第二输出端与所述光纤环行器的第二输出端都与所述数据处理装置连接；

所述混沌光源用于产生混沌光，经过所述光纤分路器，分成信号光和参考光；所述参考光经所述光纤分路器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集，所述信号光经所述光纤分路器、所述光纤环行器第一输出端之后进入所述光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器的反射光由所述光纤环行器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集；

所述数据处理装置对采集的信号进行处理，解调出待测物理量。

进一步的，所述混沌光源是波长可调谐的混沌光纤激光器。

进一步的，所述混沌光纤激光器是光纤环形腔激光器、线性腔激光器和八字型光纤激光器中的一种。

进一步的，所述混沌光纤激光器的波长调谐范围是1525nm～1565nm。

进一步的，所述光纤分路器为分光比为95：5的单端输入，双端输出的光纤分路器。

进一步的，所述光纤光栅传感器为温度传感器、压力传感器、应变传感器的一种或多种。

进一步的，形成所述光纤光栅传感器的光纤光栅参数完全相同。

进一步的，所述光纤光栅的工作波长与所述混沌光源输出的波长相匹配。

进一步的，所述数据处理装置包括光电探测器、示波器和计算机；所述光电探测器用于将所述光纤分路器第二输出端与所述光纤环行器第二输出端输出的光信号转换成电信号；所述示波器用于采集所述电信号，并生成数据；所述计算机用于分析处理所述数据，并输出测量结果。

第二方面，本发明实施例还提供了一种光纤光栅传感系统解调方法，包括如下步骤：

调节混沌光源，使所述混沌光源分别输出多个预设波长的混沌光；

所述多个预设波长的混沌光分别经过光纤分路器，分成信号光和参考光；所述参考光经所述光纤分路器第二输出端输出并被数据处理装置采集，所述信号光经所述光纤分路器、光纤环行器第一输出端之后进入光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器的反射光由所述光纤环行器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集；

对采集的数据进行互相关及数据拟合操作，得到待测物理量的信息。

本发明实施例通过混沌光源产生混沌光，经过光纤分路器，分成信号光和参考光；参考光经光纤分路器第二输出端输出并被所述数据处理装置采集，信号光经光纤分路器、光纤环行器第一输出端之后进入光纤光栅传感器，光纤光栅传感器的反射光由光纤环行器第二输出端输出并被数据处理装置采集；数据处理装置对采集的信号进行处理，解调出待测物理量，解决了长距离探测OTDR系统定位误差较大和传统光纤光栅解调系统成本高的问题，实现高精度定位和解调待测物理量的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的光纤传感系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的光纤传感系统解调方法的流程示意图；

图3是本发明实施例三提供的光纤光栅传感系统结构示意图；