[发明专利]多光源协同的光栅阵列光纤相位解调系统及方法

说明书

本发明公开了一种多光源协同的光栅阵列光纤相位解调系统，它的三个脉冲调制模块分别在信号处理模块的控制下将相应的连续光信号调制为对应的三组脉冲光信号，第二组脉冲光信号滞后第一组脉冲光信号第一预设时间，第三组脉冲光信号滞后第一组脉冲光信号第二预设时间，每组脉冲光信号在一个周期内具有时延的前后两束脉冲光信号；光纤合束器将三组脉冲光信号合为脉冲光信号串；脉冲光信号串中每个脉冲遇到光栅阵列传感光纤中的各个光栅均发生反射，光栅阵列传感光纤的反射脉冲光信号串输送到光电转换模块，并由光电转换模块进行光电转换得到对应的各个传感电信号；信号处理模块对光电转换模块输出的各个传感电信号进行相位解调处理。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，具体地指一种多光源协同的光栅阵列光纤相位解调系统及方法。

背景技术

基于相位敏感的光栅阵列光纤传感技术，具有反射信号强、定位精度高、灵敏度高等优势，已在国内外取得广泛的研究及应用。传统的相位解调技术往往采用基于3×3耦合器的迈克尔逊干涉仪方案进行光信号的调理，通过干涉仪内部臂长差使得光栅阵列中相邻两个光栅的反射信号发生干涉，外界扰动信号导致的相邻两个光栅之间光纤的长度变化转变为干涉信号的相位变化，最终利用3×3耦合器三端输出信号相互差120°相位的特性，通过一系列的加减乘除运算实现外界信号的探测。尽管相位解调技术具有极高的灵敏度，但是迈克尔逊干涉仪本身容易受到外部温度、震动等环境的干扰，干涉仪模块的隔温抗震设计往往使其具有较大的体积，同时系统的安装环境也应确保相对稳定，在实际多变的环境下该项技术的推广受到一定的阻碍。

发明内容

本发明的目的就是要提供不需要干涉仪结构的多光源协同的光栅阵列光纤相位解调系统及方法，解决现有相位解调技术对干涉仪的依赖，提高系统的可集成性及稳定性。

为实现此目的，本发明所设计的一种多光源协同的光栅阵列光纤相位解调系统，它包括信号处理单元、光纤合束器、光纤环形器、光电转换模块、光栅阵列传感光纤和三个脉冲调制模块，其中，三个脉冲调制模块用于分别在信号处理模块的控制下将相应的连续光信号调制为对应的三组脉冲光信号，第二组脉冲光信号滞后第一组脉冲光信号第一预设时间，第三组脉冲光信号滞后第一组脉冲光信号第二预设时间，每组脉冲光信号在一个周期内具有时延的前后两束脉冲光信号；

光纤合束器用于将三组脉冲光信号合为脉冲光信号串；

光纤环形器用于将脉冲光信号串输入至光栅阵列传感光纤，脉冲光信号串中每个脉冲遇到光栅阵列传感光纤中的各个光栅均发生反射，光栅阵列传感光纤的反射脉冲光信号串经过光纤环形器，输送到光电转换模块，并由光电转换模块进行光电转换得到对应的各个传感电信号；其中光栅阵列传感光纤中相邻两个光栅的前一个光栅反射的每组脉冲光信号中第二束脉冲光信号与相邻两个光栅的后一个光栅反射的每组脉冲光信号中对应的第一束脉冲光信号发生干涉，产生对应的传感电信号；

信号处理模块用于对光电转换模块输出的各个传感电信号进行相位解调处理。

本发明的有益效果：

本发明通过双脉冲调制方法对多个不同波长的光源分别进行调制，确保光栅阵列光纤中相邻光栅的反射信号发生干涉，且存在不同波长情况下的多组干涉信号，外界振动信号导致的多组干涉信号中光的相位变化转变为光的强度变化，利用波长的差异性通过多组干涉信号的强度变化解调出外界振动信号的变化，实现传感网络的解调。

本发明相比于传统的利用干涉仪的光纤相位解调系统，在保留了原技术探测距离长、复用容量大、灵敏度高的优势的同时，避免了干涉仪结构的引入，从而避免了干涉仪的隔热抗震复杂结构设计以及严苛系统的安装环境要求，提高了系统的可集成性及环境适应性，促进了光栅阵列光纤振动传感技术的大范围工程应用。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图；

图2为本发明所述相位解调方法的原理示意图；