[发明专利]一种基于复合编码的时分复用光纤光栅传感系统及方法

说明书

本发明属于光纤光栅传感测量技术领域，具体为一种基于复合编码的时分复用光纤光栅传感系统及方法。本发明通过编码单元产生G‑S复合编码信号，将G‑S复合编码输入调制器中；调制器根据输入的信号来调制激光光源发出的连续光信号，产生编码脉冲序列光信号，并将编码信号输入环形器中；环形器将编码脉冲信号输入到系统的传感探测单元中；环形器接收来自传感探测单元反射的带有传感信息的光信号并发送到信号接收单元；信号接收单元将带有传感信息光信号转化为数字信号后，发送到解码与数据处理单元，输出探测信号轨迹。本发明在保持系统原有的测量空间分辨率的前提下，能够提高传感系统信噪比，并提高探测范围。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感测量技术领域，尤其涉及一种基于复合编码的时分复用光纤光栅传感系统及方法。

背景技术

光纤光栅传感技术是一种前景广阔、用于测量应变和温度的技术，其具有高灵敏度，重量轻，体积小，抗外部电磁干扰以及适应极端环境等优点。在管道泄漏检测和结构健康监测的多点应用场景中，通过采用合适的多路复用技术，大量光纤光栅传感器沿感测区域分布，能够降低感测单元成本并获得更多感测覆盖。波分复用和时分复用是在这些应用场景中最常使用的两种多路复用技术。在波分复用技术中，可复用的最大传感器数量由于受传感系统带宽的限制，复用容量减少到几十个传感器。

针对基于时分复用的光纤光栅传感技术，如果仔细考虑光纤光栅之间的反射串扰水平以及光纤光栅反射率等设计参数，理论上可以实现多达数百个传感器的复用。然而，由于光纤光栅传感系统的信噪比受注入系统中的脉冲光功率以及光纤损耗等因素的限制和影响，最后探测器所探测到的传感信号非常微弱，不利于后续的数据处理与分析。为了解决探测信号微弱的问题，可以通过增加激光器的输入功率来改善系统的信噪比，但受限于激光器的功率有限，因此必须增加入射脉冲信号的脉宽，才能提高入射光的功率，但过宽的脉宽将会降低系统的测量分辨率，此外，过高的输入功率也有可能会引起光纤中的非线性效应，如拉曼散射和布里渊散射，这会严重降低整个传感系统的性能。也可以通过采用多次重复测量然后叠加取平均的方法来提高光纤光栅传感系统的信噪比，但这种方法需要耗费更多的时间。

发明内容

本发明提供一种基于复合编码的时分复用光纤光栅传感系统及方法，用于解决现有技术中存在探测信号微弱，系统信噪比低的问题；本发明能在保证相同测量分辨率的前提下，提高系统的信噪比，从而提升系统的整体性能。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种基于复合编码的时分复用光纤光栅传感系统，其包括以下组成部分：编码单元，用于产生以Golay码为内码，simplex码为外码组成的G-S复合编码信号，将G-S复合编码信号输入调制器中；

调制器，用于根据输入的G-S复合编码信号调制激光光源发出的连续光信号，产生编码脉冲序列光信号，并将编码脉冲序列光信号输入环形器中；

环形器，用于将编码脉冲信号输入到传感探测单元，再接收来自传感探测单元反射的带有传感信息的光信号并发送到信号接收单元；

信号接收单元，用于将带有传感信息光信号转化为数字信号后，发送到解码与数据处理单元；

解码与数据处理单元，对数字信号先进行simplex码解码，然后再将所得解码信号进行Golay相关技术解码，最后恢复并输出探测信号轨迹。

本发明中，传感探测单元由多个具有相同特性的反射率小于20％的弱反射率的光纤布拉格光栅组成。

本发明中，传感探测单元用于温度或应力传感监测。

本发明中，所述信号接收单元由光电探测器和模数转换器组成；其中：

光电探测器，用于探测包含传感信息的编码信号；

模数转换器，用于将光电探测器所测得的模拟信号转换为数字信号。