[发明专利]一种频率复用和解复用的多通道光栅解调装置与方法

说明书

本发明公开了一种频率复用和解复用的多通道光栅解调装置与方法，该传感装置包含包括线性扫频激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤环形器、光纤分束器、多个声光移频器、FBG光纤光栅、光电探测器、数据采集卡、计算机。本发明基于相干检测技术，将多通道信号通过频率复用，在单个光电探测器实现光电信号的转换，并利用单通道采集卡进行模数转换并利用采集卡内部FPGA实现FFT运算，输出待测FBG的物理位置及光谱信号，最终在计算中进行窗口反傅里叶变换等一系列数据处理运算，得到温度、应变快速解调。本发明可以实现多通道快速光纤光栅解调，并且实现扫频光源复用，单通道采集，在满足性能的前提下，极大程度节约了解调装置的成本。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种频率复用和解复用的多通道光栅解调装置与方法。

背景技术

高速应变测量、冲击碰撞振动测试需求广泛。常规手段有电子应变片和光纤光栅；电子应变片由于电学电磁兼容问题，在特殊领域不适用。光纤光栅测应变具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰能力强等特点，特别适用高速应变、冲击碰撞等监测。

目前光纤传感解调技术发展迅猛，其中基于可调谐激光光源的FBG（Fiber BraggGrating，光纤布拉格光栅）解调由于其独特的技术优势，关注度明显提高。可调谐激光光源FBG 解调技术主要基于快速扫频激光器，只需要光纤光栅在该扫频激光光谱范围内，即可便捷的通过光栅反射谱的光谱漂移实现温度应变解调。该方案具有解调速度快、信噪比高、解调算法简单等优点，在FBG传感领域具有广阔的应用前景。

基于扫频激光器的FBG解调主要在单个通道中串联不同反射光谱的光栅，实现多个FBG复用。此传统方案面临的主要问题是空间分辨率不高，并且需要大量不同中心波长的FBG来做传感器；在多通道复用中，需要将光源光功率分为多路，牺牲了光源的功率，从而光栅光谱的信噪比下降进而影响测量范围与精度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种频率复用和解复用的多通道光栅解调装置与方法。本发明采用线性扫频激光器作为光源，利用扫频相干检测技术将每个通道中FBG的位置精准定位，并利用声光移频技术，对每个通道进行二次移频，实现多通道并行解调，解调速度显著提升。

根据本发明的其中一方面，本发明提供的一种频率复用和解复用的多通道光栅解调装置，包括线性扫频激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤环形器、光纤分束器、多个声光移频器、FBG光纤光栅、光电探测器、数据采集卡、计算机；其中：

所述线性扫频激光器用于发出波长线性变化的扫频激光；

所述第一光纤耦合器的输入端连接所述线性扫频激光器的输出端，用于将所述扫频激光分为两路，一路为信号光，另一路为参考光；

所述第二光纤耦合器的一个输入端连接所述第一光纤耦合器的一个输出端，以使得参考光进入所述第二光纤耦合器；

所述光纤环形器的第一端口连接连接所述第一光纤耦合器的另一个输出端，以使得信号光进入所述光纤环形器；

所述光分束器连接所述光纤环形器的第二端口，用于将所述光纤环形器传输过来的信号光分为多个光束，每个光束对应一个通道，每个通道对应一个依次与所述光分束器的输出端口连接的声光移频器的一端；

每个所述声光声光移频器的另一端用于依次连接FBG光纤光栅，所述声光移频器用于对每个通道的光栅反射光谱进行频率移动，让每个通道产生不同的移频量，实现频率复用；所述光分束器还用于将各个通道反射回来的光传输至所述光分束器；

所述光纤环形器的第三端口连接所述第二光纤耦合器的另一个输入端，以使得传输至光分束器的所述各个通道反射回来的光进行第二光纤耦合器，与参考光发生干涉，产生干涉信号；

所述光电探测器用于将所述干涉信号转化为电信号；

所述数据采集卡采集电信号中的混频干涉信号，并将混频干涉信号进行FFT变换，对混频干涉信号解复用，得到每个FBG光纤光栅所处位置信号和幅度信息；