[发明专利]用于大规模传感阵列的吸收光谱测量控制系统

说明书

本发明提供的用于大规模传感阵列的吸收光谱测量控制系统中，激光器控制模块输出调谐激光，时分复用控制模块控制光纤光路开关模块接收该调谐激光，并控制光纤光路开关模块将该调谐激光按时序依次通过多个输出光纤端口输出至对应的传感阵列基元组；传感阵列基元组对被测流场进行测量，得到被测流场的光电信号并传输给解调模块进行解调。本发明采用时分复用控制模块控制光纤光路开关模块按时序依次切换到不同的传感阵列基元组，有效解决了激光光功率有限对传感阵列基元规模扩展的问题，即可以降低系统成本，又可以提高系统中解调模块的利用率。

技术领域

本发明涉及激光吸收光谱测量技术领域，尤其是涉及用于大规模传感阵列的吸收光谱测量控制系统。

背景技术

红外激光吸收光谱技术是一种先进的气体流场参数测量技术，利用红外激光光谱被气体分子吸收之后的光谱强度衰减特性和光谱谱线变化特性测量气体的温度、分子摩尔浓度、压力和速度等特征参数。由于红外激光吸收光谱技术具有测量精度高、响应速度快、不干扰流场等优点，因此广泛应用于航空航天、石油化工、医疗诊断、环境监测等领域。

目前，现有技术中红外激光吸收光谱技术测量是通过在同一个被测流场截面上不同位置安装多组吸收传感阵列基元，构成一个传感器阵列，阵列中每组传感阵列基元产生的“吸收线”相互交织将被测流场截面划分为多个网格，然后利用每组传感阵列基元测量结果和计算重构技术得到每个网格的流场参数，从而得到被测流场截面的参数二维分布。传感器阵列的规模越大，测量的精度越高。

但是这种用于大规模传感阵列的测量技术存在以下缺陷：

1)由于激光器岀射光功率有限，通过光纤分束器分配到每个传感阵列基元上的光功率较低，通过增加掺铥光纤放大器可以增强传感阵列基元的入射光功率，但是这种方式增大了测量成本，而且增加了测量系统的复杂度；

2)红外吸收光谱测量技术并不是所见即所得的测量技术，每个传感阵列基元直接测量的光电信号需要经过解调才能得到待测的温度、组分浓度等流场参数，当传感阵列基元数量增多时，对应的解调器就会增多，因此进一步增加了测量系统的成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于大规模传感阵列的吸收光谱测量控制系统，能够有效地简化系统的复杂程度，对每个传感阵列基元配置足够的光功率，达到资源的合理配置，系统器件的有效利用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

用于大规模传感阵列的吸收光谱测量控制系统，包括激光器控制模块、光纤光路开关模块、多个传感阵列基元组、解调模块和时分复用控制模块；

所述激光器控制模块，用于输出调谐激光；

所述光纤光路开关模块，包括一个输入光纤端口和多个输出光纤端口，用于接收所述激光器控制模块输出的调谐激光，并将接收的调谐激光通过多个所述输出光纤端口输出至对应的所述传感阵列基元组；

所述每个传感阵列基元组，包括多个传感阵列基元，用于对被测流场进行测量，得到被测流场的光电信号；

所述解调模块，用于接收所述被测流场的光电信号，并对该光电信号进行解调；

所述时分复用控制模块，用于控制所述光纤光路开关模块的输入光纤端口与多个输出光纤端口中第一输出接口的连通，从而依次切换不同的传感阵列基元组。

作为本发明再进一步的方案：所述激光器控制模块包括激光器驱动器和半导体激光器，所述激光器驱动器驱动所述半导体激光器输出激光。

作为本发明再进一步的方案：所述系统还包括多个光纤分束器，所述每个输出光纤端口通过所述光纤分束器与每个对应的传感阵列基元组中的多个所述传感阵列基元连接。

作为本发明再进一步的方案：所述系统还包括多个光纤耦合器，所述被测流场的光电信号通过所述光纤耦合器耦合后，传输至所述解调模块。