[发明专利]一种基于线阵InGaAs光电阵列扫描的FBG解调系统

说明书

本发明提供了一种基于线阵InGaAs光电阵列扫描的FBG解调系统，所述系统包括：宽谱光源、光纤耦合器、单个光纤布拉格光栅或单通道多个光纤布拉格光栅、线阵InGaAs光电探测器，以及用于寻峰算法的计算装置；由所述宽谱光源发出的光经过光纤耦合器入射到光纤布拉格光栅中，再经过光纤布拉格光栅反射后，将带有解调信息的反射谱光信号经光纤耦合器传至线阵InGaAs光电探测器；所述线阵InGaAs光电探测器括光学预处理部分和线阵光电探测成像部分，光学预处理部分通过色散原理把光信号投射到线阵InGaAs光电探测器上，每个光敏元由InGaAs光电二极管组成，探测红外波长的光学信号。

本申请是申请日为2016年03月09日，申请号为CN201610131531.3，发明名称为基于线阵InGaAs扫描FBG反射谱的传感解调方法的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种FBG反射谱的传感解调方法，特别涉及一种基于线阵InGaAs光电阵列扫描的FBG解调系统。

背景技术

光纤布拉格光栅(FiberBragg Grating，FBG)传感器是以光为载体、光纤为媒质来感知和传输外界信号的新型传感技术。与传统的电阻应变计等电类传感器相比，FBG传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、防爆性能好、耐腐蚀能力强、体积小等诸多优点，已在土木工程、石油化工、航空航天等领域得到广泛应用。

在光纤光栅传感系统中，反射光谱的解调技术一直是研究难点，影响着整个测试过程的精度和解调速度。针对光纤光栅传感系统，人们研究并提出了许多解调方法：匹配光栅法测量范围窄，光谱匹配性制作要求高；CCD解调法由于分辨率低且在400～1100nm光谱敏感，不适合FBG的传感解调；可调谐激光器解调系统受限于光源的稳定性和调谐范围；目前最常用的是可调谐F-P滤波解调系统虽然精度高，但解调速度慢。

无论是哪种解调方法，对于FBG的中心波长的定位离不开寻峰算法的处理。尹成群等人对多种常用寻峰算法的比较结果显示，遗传算法或神经网络算法等虽然检测精度较高，但不适合实时运算，高斯曲线拟合可兼顾实时性与高精度的双重要求。基于线阵探测器扫描FBG的解调系统中无机械移动部件，稳定性好，但由于线阵光电探测器的尺寸限制，光谱数据点数少，对寻峰定位算法要求较高。

因此，需要一种能有效地实现系统简单、解调速度快、稳定性高的基于线阵InGaAs光电阵列扫描的FBG解调系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于线阵InGaAs光电阵列扫描的FBG解调系统，所述系统包括：

宽谱光源、光纤耦合器、单个光纤布拉格光栅或单通道多个光纤布拉格光栅、线阵InGaAs光电探测器，以及用于寻峰算法的计算装置；

由所述宽谱光源发出的光经过光纤耦合器入射到光纤布拉格光栅中，再经过光纤布拉格光栅反射后，将带有解调信息的反射谱光信号经光纤耦合器传至线阵InGaAs光电探测器；

所述线阵InGaAs光电探测器括光学预处理部分和线阵光电探测成像部分，光学预处理部分通过色散原理把光信号投射到线阵InGaAs光电探测器上，每个光敏元由InGaAs光电二极管组成，探测红外波长的光学信号；

所述用于寻峰算法的计算装置，执行如下指令：反射谱光信号经过线阵InGaAs光电探测器处理后得到与线阵InGaAs光电探测器中像素点位置一一对应的反射谱光强信息；

通过设置反射谱的光强阀值将反射谱光信号分成多段；

对每段反射谱对应的像素点位置与光强数据进行高斯函数拟合分析，并通过最小二乘法判定最佳拟合参数，进一步获取光强峰值对应的像素点位置；所述像素点位置与所述反射谱光强度的拟合模型为：

式中I为反射谱光强，P为像素点位置，P_c为拟合模型峰值对应的像素点位置；