[发明专利]基于氰化氢吸收波长参考的光纤光栅传感解调装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于氰化氢吸收波长参考的光纤光栅传感解调装置与方法，该装置包括宽带光源(1)、可调谐F‑P滤波器(2)、光纤一级分束器(3)、光纤环形器(4)、光纤光栅传感阵列(5)、光纤二级分束器(6)、光纤氰化氢气室(7)、法拉第旋转反射镜(8)、光电探测器阵列(9)、数据采集卡(10)、处理单元(11)；利用氰化氢吸收光谱特点，通过提取吸收光谱的吸收峰得到温度稳定的绝对参考波长，有效提高波长解调稳定性。与现有技术相比，本发明实现了温度稳定的光纤光栅解调；无需增加其他硬件即可提取得到绝对参考波长，结构简单且成本低；降低了绝对参考波长的提取难度；提高解调精度，恒定环境温度下的解调精度在2pm内。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，特别是涉及一种光纤光栅传感高稳定解调装置与解调方法。

背景技术

光纤光栅传感系统是以光为载体、光纤为媒介、使用具有质轻径细、耐腐蚀、复用能力强、抗电磁干扰等优点的光纤光栅传感器实现传感测量的系统。光纤光栅传感器的反射波长与传感器上作用的应力应变、振动、温度和压力等物理参量有关，通过测量传感器的反射波长即可对传感器上作用的物理参量进行测量。相比传统传感技术，光纤光栅传感技术具有测量范围宽、高精度和高分辨率的特点，在强电磁干扰、易燃易爆或热真空等严酷环境下更具优势。

光纤光栅传感解调方法主要有干涉解调、线性边沿滤波、匹配滤波解调、可调谐F-P滤波器解调、扫描激光器解调等技术。可调谐F-P滤波器解调能够在宽光谱范围内实现高速、高精度解调，是常用的光纤光栅传感解调方法，其通过PZT的逆压电效应实现宽范围内的波长扫描，而PZT迟滞、蠕变和非线性等特性使透射波长与驱动电压不能保持很好的线性度和重复性，因而会影响解调精度。为了校正该非线性效应，需要对F-P可调谐滤波器的真实中心波长进行动态标定。目前常用的标定工具有光纤光栅、标准具等，然而这些标定工具在变温环境下，由于光纤光栅和标准具提供的参考波长会随着环境温度改变而变化导致解调误差较大。因此F-P可调谐滤波器不适用于环境温度变化的测试场合。

光纤气室可以提供不随环境温度变化的绝对参考波长，因此可以利用气室吸收波长对标准具标定的F-P可调谐滤波器中心波长进行二次校正，如专利《基于复合波长参考的光纤光栅传感解调装置及方法》(申请号：2015103149934)所披露的复合波长参考。综上所述，可调谐F-P滤波器解调方法解调精度较差，同时硬件成本较高，难以应用于实际测试当中。

发明内容

为了克服现有技术中环境变温引起的可调谐F-P滤波器透射波长与驱动电压非线性恶化对光纤光栅传感器波长解调稳定性的影响，本发明提出一种基于氰化氢吸收波长参考的光纤光栅传感解调装置与方法，利用氰化氢吸收光谱特点，通过提取吸收光谱的吸收峰得到温度稳定的绝对参考波长，有效提高波长解调稳定性，实现了一种温度稳定且结构简单的光纤光栅解调装置及其解调方法。

本发明的一种基于氰化氢吸收波长参考的光纤光栅传感解调装置，该装置包括宽带光源1、可调谐F-P滤波器2、光纤一级分束器3、光纤环形器4、光纤光栅传感阵列5、光纤二级分束器6、光纤氰化氢气室7、法拉第旋转反射镜8、光电探测器阵列9、数据采集卡10、处理单元11；其中：

宽带光源1发出的光通过一个由电压控制扫描的可调谐F-P滤波器2输出扫频激光，所输出的扫频激光经过光纤一级分束器3按70:30分成两部分光，其中70％的光到达传感链路，30％的光到达波长参考链路；到达传感链路的光进入光纤二级分束器6分成8束，每束光均通过一个光纤环形器4将扫频激光送至光纤光栅传感器阵列5，传感器感知外界待测参量并将其编码到光纤光栅反射光的中心波长上，反射光信号再通过光纤环形器4送至光电探测器9；到达波长参考链路的光经过光纤环形器4进入光纤氰化氢气室7，光纤氰化氢气室7另一侧连接法拉第旋转反射镜8，在法拉第旋转反射镜8反射作用下，光两次穿过光纤氰化氢气室7，然后通过再通过光纤环形器4送至光电探测器阵列9，光电探测器阵列9将所有的光信号转变成电信号经数据采集卡10送至处理单元11进行解调。