本发明专利技术公开了一种温度自补偿高分辨率高频光纤光栅解调系统及方法，光路传播过程为可调谐窄带激光器发射窄带光，窄带光经过光纤分路器分成两束光，分别从光纤分路器的两个输出端口输出，其中一束光经过第一光纤耦合器的输入端发送至传感光栅，经过传感光栅后返回至第一光纤耦合器的另一输入端，传输给第一光电探测器，转换成电压信号后传递给数据采集及处理装置；另一束光通过第二光纤耦合器输送至温度补偿光栅，经过温度补偿光栅后返回至第二光纤耦合器的另一输入端，传输给第二光电探测器，转换成电压信号后，通过温度自补偿装置进行温度补偿，得到可调谐窄带激光器的输出中心波长改变量，本发明专利技术具有温度自补偿、高分辨率的特点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，光路传播过程为可调谐窄带激光器发射窄带光，窄带光经过光纤分路器分成两束光，分别从光纤分路器的两个输出端口输出，其中一束光经过第一光纤耦合器的输入端发送至传感光栅，经过传感光栅后返回至第一光纤耦合器的另一输入端，传输给第一光电探测器，转换成电压信号后传递给数据采集及处理装置；另一束光通过第二光纤耦合器输送至温度补偿光栅，经过温度补偿光栅后返回至第二光纤耦合器的另一输入端，传输给第二光电探测器，转换成电压信号后，通过温度自补偿装置进行温度补偿，得到可调谐窄带激光器的输出中心波长改变量，本专利技术具有温度自补偿、高分辨率的特点。【专利说明】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
随着光纤光栅（FBG)传感器在声发射领域的应用日益广泛，人们对于温度自补偿 高分辨率声发射解调技术需求日益迫切。光纤光栅常用的解调技术有F-P滤波法、边沿滤 波法、功率解调法等。F-P解调技术成熟，但其成熟的解调设备最大也仅为2000Hz，应用范 围较窄，难以满足声发射高分辨率解调的需要（声发射信号频率范围很宽，从几 Hz次声频、 20Hz?20KHz声频到数MHz的超声频都属于声发射范畴）。边沿滤波法和功率解调法可实 现光纤光栅声发射信号的高频解调，相比较而言，基于功率解调法的高频解调系统的灵敏 度更高、信噪比更好。功率解调法多采用可调谐窄带激光器作为光源对光纤光栅传感器提 供光源，并对其反射光谱进行截取，通过测量其输出光强来实现其反射波长的解调。功率解 调法在可以获得高频高灵敏度的同时，其受温度的影响比较严重。光纤光栅传感器对温度 较为敏感，温度的变化易导致光栅波长的漂移，进而导致其反射光谱的线性范围区间发生 漂移。与此同时，可调窄带激光器的输出波长较为恒定，导致其输出波长偏离FBG反射光谱 的线性范围区间，降低解调精度。 综上所述，设计一种可以温度自补偿的基于可调窄带激光器的高分辨率的光纤光 栅解调系统尤为重要。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种温度自补偿高分辨率高频光纤光栅解调系 统及方法，本系统结合可调谐窄带激光器的光纤光栅波长解调原理和规则的爬山搜索算 法，在保证高分辨率的同时，具有温度自补偿功能，且不受外界温度的干扰。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： -种温度自补偿高分辨率高频光纤光栅解调系统，包括可调谐窄带激光器、光纤 分路器、数据采集及处理装置、温度自补偿装置、温度补偿光栅和传感光栅，其中，可调谐窄 带激光器发射窄带光，窄带光经过光纤分路器分成两束光，分别从光纤分路器的两个输出 端口输出，其中一束光经过第一光纤稱合器的输入端发送至传感光栅，经过传感光栅后返 回至第一光纤耦合器的另一输入端，传输给第一光电探测器，转换成电压信号后传递给数 据采集及处理装置；另一束光通过第二光纤耦合器输送至温度补偿光栅，经过温度补偿光 栅后返回至第二光纤耦合器的另一输入端，传输给第二光电探测器，转换成电压信号后，通 过温度自补偿装置进行温度补偿，得到可调谐窄带激光器的输出中心波长改变量。 所述光纤分路器为1:1光纤分路器，将窄带光分为相同的两束光。 所述第一光纤稱合器和第二光纤稱合器，均为1:1光纤稱合器。 所述可调谐窄带激光器的调谐范围宽为1560?1680nm，输出光功率最大值达 IOmw,光谱半宽高小于0· lpm，波长波动小于± lpm，输出光功率波动小于±0. OldB。 所述可调谐窄带激光器输出的超窄带光精确地锁定在传感光栅的3dB带宽处，且 其带宽小于传感光栅的3dB带宽，保证系统解调的高分辨率。 所述第一光电探测器和第二光电探测器的带宽与增益可调，以抑制信号噪声。 所述传感光栅栅区长度为2mm，可良好感知频率范围在60kHz?200kHz的声发射 信号。 所述温度补偿光栅栅区长度为10mm，且温度补偿光栅只受温度影响。 所述温度自补偿装置集成有基于规则的爬山搜索算法模块，用于以可调谐窄带激 光器的输出中心波长变化量为输入，光功率变化为输出，实现解调系统温度自补偿。 一种基于上述系统的温度自补偿方法，具体包括以下步骤： (1)计算相关处理参数，假定初始时刻可调谐窄带激光器的输出光谱与温度补偿 光栅的反射光谱重叠部分的光功率为P，外界温度导致温度补偿光栅波长波动后的光功率 为P 1，则光功率变化量为AP1 = P1-P ;温度补偿装置给定的可调谐窄带激光器的输出中心 波长变化量为△ λ，与之对应的光功率为P2，调整可调谐窄带激光器的输出中心波长引起 的光功率变化量为AP2 = P2-P ; (2)基于规则的爬山搜索算法模块对规则数据库初始化，规则数据库存储AP1与 Λ λ的对应关系，如果AP1不为零，则记录Λ λ的值； (3)判断Λ P1是否超过光功率波动阈值，如果超过波动阈值，说明外界温度发生变 化，转入步骤（4);如果未超过波动阈值，则说明在高灵敏度解调范围内，不需调整，正常工 作； (4)从规则数据库中搜索Λ λ的初始值，查看规则数据库中AP1与Λ λ的对应 关系，选取Λ λ的初始值，并将其作为温度补偿装置的给定值； (5)判断Λ P2是否超过光功率波动阈值，如果小于光功率波动阈值，则说明可调谐 窄带激光器的输出中心波长位于光纤光栅反射光谱的3dB带宽处，温度补偿完毕，同时将 此次AP 1与Λ λ的对应关系存入规则数据库；否则转入步骤（6); (6)可调谐窄带激光器的输出中心波长仍偏离光纤光栅反射光谱的3DB带宽处， AP 再次给予温度补偿装置一次?，返回步骤（5)。 所述步骤（3)中，具体方法为：若规则数据库中存在AP1与Λ λ的对应关系，则 取Λ P1所对应的所有Λ λ的平均值作为Λ λ初始值；若规则数据库中不存在Λ ?1与Λ λ 的对应关系，则取规则数据库中离AP1最近的光功率变化量所对应的所有△ λ的平均值 作为Λ λ初始值。 本专利技术的工作原理为：光纤光栅反射光谱中有一段可视为线性变化，可调谐窄带 激光器输出中心波长恒定且其3dB带宽远小于光纤光栅的3dB带宽。因此，若将可调谐窄 带激光器输出中心波长调谐在光纤光栅反射光谱的线性变化区间内，则当光纤光栅探测到 外界信号发生波长的变化时，光电探测器获取的光功率（光纤光栅反射光谱与可调谐窄带 激光器输出光谱重叠部分）将发生变化，通过检测光功率的变化就可实现声发射信号的高 精度解调。 本专利技术的有益效果为： (1)在保证高分辨率的同时，具有温度自补偿功能，使其不受外界温度的干扰； (2)通过基于规则的爬山搜索算法，以可调谐窄带激光器的输出中心波长变化 量为输入，光功率变化为输出，实现解调系统温度自补偿，且自补偿效果精确，计算方法简 便； (3)系统结构简单、投入成本低。 【专利附图】【附图说明】 图1是温度自补偿高分辨率高频光纤光栅解调系统示意图。 其中，1、可调谐窄带激光器；2、1:1光纤分路器；3、第一 1:1光纤耦合器；4、传感 光栅；5、第一光电探测器；6、数据采集及处理装置；7、第二1:1光纤耦合器；8、温度补偿光 栅；9、第二光电探测器；10、温度自补偿装置。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种温度自补偿高分辨率高频光纤光栅解调系统，其特征是：包括可调谐窄带激光器、光纤分路器、数据采集及处理装置、温度自补偿装置、温度补偿光栅和传感光栅，其中，可调谐窄带激光器发射窄带光，窄带光经过光纤分路器分成两束光，分别从光纤分路器的两个输出端口输出，其中一束光经过第一光纤耦合器的输入端发送至传感光栅，经过传感光栅后返回至第一光纤耦合器的另一输入端，传输给第一光电探测器，转换成电压信号后传递给数据采集及处理装置；另一束光通过第二光纤耦合器输送至温度补偿光栅，经过温度补偿光栅后返回至第二光纤耦合器的另一输入端，传输给第二光电探测器，转换成电压信号后，通过温度自补偿装置进行温度补偿，得到可调谐窄带激光器的输出中心波长改变量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜明顺，李向阳，王世程，尹晶，舒德华，路士增，袁渊明，赵玉磊，隋青美，
申请(专利权)人：山东大学，山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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