[发明专利]一种光纤传感无线测量系统及其数据处理方法

说明书

本发明公开了一种光纤传感无线测量系统及其数据处理方法，宽带光源发出的光线经过环形器进入第一空间光学校准器和第二空间光学校准器，通过两个光学校准器无线耦合得到的光信号由FBG光学传感器反射，反射的光信号再次通过两个光学校准器无线耦合之后经过环形器进入高速解调器，最后传输至计算机进行信号处理。本发明解决了因插入损耗过大而造成中心波长U型漂移的现象，实现准确解调物理参量。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，更具体地说，涉及一种光纤传感无线测量系统及其数据处理方法。

背景技术

对于一些特殊的工业环境，传统的电类传感系统因为本征不防爆、组网困难而使得其应用受到一定的局限性。例如，针对石化压缩机的轴瓦温度的测量，电类传感器不适合于这样的易燃易爆环境，相比于传统的电类传感器，光纤传感器尺寸小、耐高温、本证防爆，并且防电磁能力强，非常适合于石化这样的恶劣环境。

监测往复运动部件物理参量的光纤传感系统，存在光纤缠绕的问题。另外，在光纤传感无线测量系统中，在插入损耗较大的时候，利用波长检测的光纤系统会因插入损耗过大而出现中心波长漂移异常的现象。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种光纤传感无线测量系统及其数据处理方法，解决因插入损耗过大而造成中心波长U型漂移的现象，实现准确解调物理参量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明设计一种光纤传感无线测量系统，包括宽带光源、高速解调器、环形器、第一空间光学校准器、第二空间光学校准器、FBG光学传感器和计算机；所述第二空间光学校准器和FBG光学传感器固定在往复运动部件上；所述宽带光源发出的光线经过环形器进入第一空间光学校准器和第二空间光学校准器，通过两个光学校准器无线耦合得到的光信号由FBG光学传感器反射，反射的光信号再次通过两个光学校准器无线耦合之后经过环形器进入高速解调器，最后传输至计算机进行信号处理。

根据耦合模理论，忽略空间光学校准器之间界面反射以及透镜材料吸收的因素影响，光场分布为E₁的高斯光束和光场分布为E₂的高斯光束的耦合效率为

两个空间光学校准器的插入损耗IL表示两个准直器的耦合效率：

IL＝-10lgη

当两个空间光学校准器对于光轴仅存在横向间距Δ时，其插入损耗为：

上式中，ω_c表示光学校准器的束腰半径，在往复运动部件做往复运动的过程中，插入损耗呈现先减小再增大的变化趋势，这是导致U型信号发生的根本原因。

本发明还提供一种上述光纤传感无线测量系统的数据处理方法，包括以下步骤：

Step1，根据采集到的往复运动部件中心波长随插入损耗变化的数据，设置初始插入损耗的阈值，提取初步有效测量点；

Step2，对每个初步有效测量点的中心波长与其他有效测量点的中心波长求方差，获得最小的方差及其所对应的中心波长；

Step3，将最小的方差与期望值进行比较，若最小的方差不大于期望值，则数据处理结束；若最小的方差大于期望值，则增大插入损耗阈值，重复步骤Step1至Step3，直至满足要求结束循环，此时设置的插入损耗阈值为最终阈值，该最小方差点所对应的中心波长为此次测量的中心波长，即FBG光学传感器所监测的物理参量值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明解决了因插入损耗过大而造成中心波长U型漂移的现象，实现准确解调物理参量。

附图说明