[发明专利]一种光纤光栅传感器波长解调方法及装置

说明书

本发明公开了一种光纤光栅传感器波长解调方法，根据波长解调范围和精度需求确定一组具有固定频率间隔的扫频频点；在每一个扫频频点用微波信号对光纤光栅传感器的传感信号进行调制，令所生成的调制光信号通过色散元件后将其转换为电信号，并测量出该电信号相对于所述微波信号的相位变化；利用所测得的一系列相位变化数据通过相推法计算出相对时延，并根据相对时延的变化计算出所述光纤光栅传感器的波长漂移量。本发明还公开了一种光纤光栅传感器波长解调装置。相比现有技术，本发明可同时满足解调速度、解调分辨率与解调精度的要求。

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅传感器波长解调方法及装置，属于光纤传感器技术领域。

背景技术

在过去的几十年里，光纤传感器由于具有传输损耗低，重量轻，成本低和抗电磁干扰等优势，引起了人们的广泛关注，在医学、建筑、周界安防、航空航天等领域都有着潜在的应用价值。光纤光栅传感器是光纤传感器中应用最普遍的光传感器之一。由于光纤光栅传感器对外界环境十分敏感，所以如温度、应变、扭矩、压力、波导折射率等待传感量在传感过程中都会被转换为光纤光栅传感器的中心波长漂移。因此，光纤光栅传感器的中心波长解调技术是实现高性能光纤光栅传感器的关键。传统的光纤光栅传感器中心波长解调方案包括基于光学滤波器，干涉仪，波长扫描可调谐激光器和电荷耦合器件光谱成像的方法。这类传统的方法在光域直接对光信号进行处理，通常解调精度与解调速度相互制约。

与上述方法相比，基于微波光子学的光纤光栅传感器解调方案具有更高的波长解调精度，原因在于微波域中可以实现更高分辨率的频谱分析和更高的稳定性幅值和相位检测，基于微波光子学的光纤光栅传感器波长解调方案将光域的波长漂移信息通过光电转换提取到电域的微波信号当中。波长-时延映射是一种典型的基于微波光子学的光纤光栅传感器解调方法。其中，光纤光栅传感器的波长漂移将被进一步转换为光纤时延的变化。但是，为了获得光纤时延的精确值，微波光子学的方案是通过光电转换将光信号的时延差转换为电信号的相位，该电信号的相位响应是周期变化的，这就导致在该传感方案的测量分辨率和测量范围之间互相制约。否则，将在测量(传感)过程中将会出现整周模糊，这种现象在过去的研究种被称为“累积效应”(R.Cheng,L.Xia,J.Yan,J.Zhou,Y.Wen,andJ.Rohollahnejad,“Radio Frequency FBG-Based Interferometer for Remote AdaptiveStrain Monitoring,”IEEE Photonics Technology Letters,vol.27,no.15,pp.1577-1580,Aug 1,2015.)。