高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪及解调方法技术

本发明专利技术提供了高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪及解调方法，以解决现有技术存在校准触发算法复杂、耗时长、传感精度低和解调速度较慢的技术问题。该解调仪包括依次连接的数据采集及处理单元、计算机、扫频激光器单元，以及第一光纤耦合器、HCN气体吸收室、第二光纤耦合器、两个第二光电转换器、光纤分路器、N个光纤环形器、N路光纤光栅传感器和N个第一光电转换器，HCN气体吸收室入口端与第一光纤耦合器输出端连接，以吸收第一光纤耦合器输出的P个固定波长光并输出波长吸收线，出口端通过第二光纤耦合器分别与两个第二光电转换器连接，两个第二光电转换器均用于将波长吸收线转换为脉冲信号，分别作为触发信号、校准信号。校准信号。校准信号。

【技术实现步骤摘要】
高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪及解调方法


[0001]本专利技术涉及光纤光栅解调仪，具体涉及一种高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪及解调方法。

技术介绍

[0002]光纤光栅是一种能测量多种物理量的新型传感器，其具有体积小、质量轻、可曲绕、高精度、易复用等特点。光纤光栅的传感方式基于对波长的检测，不依赖光强，对电磁干扰有很好的屏蔽性，因其具有灵敏度高、性能稳定等特点，已经在土木建筑、新能源汽车、航空航天等领域得到广泛应用。
[0003]光纤光栅解调仪的关键技术在于，通过解调光纤光栅中心波长的移动来反映外界物理量的变化情况。在一些特殊传感领域，需要对高速变化的光纤光栅中心波长进行解调。目前的光纤光栅解调仪主要基于可调谐激光器的光纤光栅解调，基于可调谐激光器的光纤光栅解调系统，其解调速度和传感精度主要依靠于可调谐激光器扫频光的线性度和触发中心波长采集信号的精准度，其中，可调谐激光器扫频光的线性度需要靠解调系统进行校准。
[0004]目前，校准可调谐激光器扫频光的线性度的方法主要为，通过在解调系统中增加标定好的光纤光栅串来对扫频光波长进行校准触发。该方法需要先对光纤光栅串全部的波长信号进行采集，然后在采集的信号中寻找中心波长峰值特征线，最后将中心波长数据进行提取对比。然而，该方法中整个校准触发算法复杂，耗费时间较长，光纤光栅受外界环境影响易发生中心波长漂移，使得系统的传感精度大幅降低，校准时间也会受外界环境影响而增加，从而影响系统整体的解调速度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有的可调谐激光器光纤光栅解调仪校准触发扫频光波长时存在校准触发算法复杂、耗时较长、系统的传感精度低以及解调速度较慢的技术问题，而提供了高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪及解调方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪，包括依次连接的数据采集及处理单元、计算机、扫频激光器单元，以及第一光纤耦合器、光纤分路器、N个光纤环形器、N路光纤光栅传感器以及N个第一光电转换器；所述扫频激光器单元用于输出扫频光信号，其输出端通过第一光纤耦合器与光纤分路器连接，光纤分路器将扫频光信号分为N路测量光，分别通过N个光纤环形器进入N路光纤光栅传感器，N路光纤光栅传感器将测量光反射后经各光纤环形器分别进入N个第一光电转换器，将测量光信号转换为测量电信号；所述N个第一光电转换器的输出端分别与数据采集及处理单元的输入端连接，N＝2
n
，n＝1，2，3，4，5；其特殊之处在于：
[0008]还包括HCN气体吸收室、第二光纤耦合器及两个第二光电转换器；
[0009]所述HCN气体吸收室的入口端与第一光纤耦合器的输出端连接，HCN气体吸收室的
出口端通过所述第二光纤耦合器分别与两个第二光电转换器连接；
[0010]所述HCN气体吸收室用于对第一光纤耦合器输出扫频光的P个固定波长光进行吸收并输出波长吸收线，其中，P个固定波长光的波长间隔等距；
[0011]所述两个第二光电转换器均用于将HCN气体吸收室输出的波长吸收线转换为P个脉冲信号，一路作为数据采集及处理单元采集光纤光栅中心波长的触发信号，一路作为扫频激光器单元的校准信号；
[0012]所述数据采集及处理单元接收触发信号，并采集每路光纤光栅传感器输出的测量电信号；
[0013]所述计算机通过数据采集及处理单元接收的校准信号对扫频光进行线性校准，并在校准后根据每路光纤光栅传感器输出的测量电信号所对应的校准后的扫频光信号，解调出每路光纤光栅传感器反射的测量光的中心波长。
[0014]进一步地，所述数据采集及处理单元包括信号处理电路、数据采集卡；所述信号处理电路的输入端与数据采集卡的输出端连接，信号处理电路的输出端与计算机的输入端连接；所述N个第一光电转换器的输出端分别与数据采集卡的输入端连接；
[0015]所述扫频激光器单元包括激光器驱动电路、可调谐激光器；所述激光器驱动电路的输入端与计算机的输出端连接，激光器驱动电路的输出端与可调谐激光器的输入端连接；所述可调谐激光器用于输出扫频光信号，其输出端通过第一光纤耦合器与光纤分路器连接。
[0016]同时，本专利技术还提供了一种高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调方法，基于所述的高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0017]S1、扫频激光器单元输出线性的扫频光信号，经过第一光纤耦合器分为两路，其中一路作为参考光进入HCN气体吸收室，另一路作为测量光依次通过光纤分路器、光纤环形器进入各路光纤光栅传感器；
[0018]S2、HCN气体吸收室吸收参考光中的P个固定波长光，输出P个波长吸收线，经第二光电转换器分为两路，一路经一个第二光电转换器转换为P个脉冲信号，将P个脉冲信号平均分为L个波长区间，将每个波长区间的第一个脉冲信号作为触发信号，一路经另一个第二光电转换器转换为P个脉冲信号，将P个脉冲信号平均分为L个波长区间，每个波长区间有M个脉冲信号，M个脉冲信号作为校准信号；同时，各路光纤光栅传感器将测量光反射后，经光纤环形器进入第一光电转换器，将中心波长转换为测量电信号；
[0019]S3、数据采集及处理单元采集校准信号后，通过计算机计算每个波长区间的采样点数，利用每个波长区间的采样点数作为扫频光的线性度校准基准，对扫频光进行线性校准，控制扫频激光器单元输出校准后的扫频光信号；
[0020]S4、数据采集及处理单元收到由触发信号转换的TTL高电平时，采集每路光纤光栅传感器输出的与校准信号对应波段的测量电信号，根据该测量电信号所对应的校准后的扫频光信号，解调出每路光纤光栅传感器反射的测量光的中心波长。
[0021]进一步地，步骤S3具体为：数据采集及处理单元中的数据采集卡采集校准信号后，通过计算机的数据处理系统计算每个波长区间的采样点数，判断每个波长区间的采样点数是否相等；若相等，则不进行校准；若不相等，则利用第一个波长区间的采样点数作为扫频光的线性度校准基准，采用二次样曲线拟合的方式对采样点与波长之间的关系进行拟合，
得到采样点与波长之间的拟合函数，对扫频光进行线性校准，控制扫频激光器单元中的可调谐激光器输出校准后的扫频光信号。
[0022]进一步地，步骤S1中，所述扫频激光器单元输出线性的扫频光信号具体为：计算机发送激光器扫描数字信号给激光器驱动电路，激光器驱动电路根据激光器扫描数字信号控制可调谐激光器对光源进行线性扫频，得到线性的扫频光信号。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1、本专利技术提供了高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪，其中，HCN(氰化氢)气体吸收室对固定波长光的吸收不会受到外界环境干扰，可以得到绝对稳定的波长吸收线，HCN气体吸收室输出的波长吸收线转换为脉冲信号作为触发信号及校准信号，其触发及校准精度高、速度快，提高了可调谐激光器光纤光栅解调仪整体的解调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪，包括依次连接的数据采集及处理单元(13)、计算机(1)、扫频激光器单元(14)，以及第一光纤耦合器(4)、光纤分路器(9)、N个光纤环形器(10)、N路光纤光栅传感器(11)以及N个第一光电转换器(7)；所述扫频激光器单元(14)用于输出扫频光信号，其输出端通过第一光纤耦合器(4)与光纤分路器(9)连接，光纤分路器(9)将扫频光信号分为N路测量光，分别通过N个光纤环形器(10)进入N路光纤光栅传感器(11)，N路光纤光栅传感器(11)将测量光反射后经各光纤环形器(10)分别进入N个第一光电转换器(7)，将测量光信号转换为测量电信号；所述N个第一光电转换器(7)的输出端分别与数据采集及处理单元(13)的输入端连接，N＝2
n
，n＝1，2，3，4，5；其特征在于：还包括HCN气体吸收室(8)、第二光纤耦合器(15)及两个第二光电转换器(12)；所述HCN气体吸收室(8)的入口端与第一光纤耦合器(4)的输出端连接，HCN气体吸收室(8)的出口端通过所述第二光纤耦合器(15)分别与两个第二光电转换器(12)连接；所述HCN气体吸收室(8)用于对第一光纤耦合器(4)输出扫频光的P个固定波长光进行吸收并输出波长吸收线，其中，P个固定波长光的波长间隔等距；所述两个第二光电转换器(12)均用于将HCN气体吸收室(8)输出的波长吸收线转换为P个脉冲信号，一路作为数据采集及处理单元(13)采集光纤光栅中心波长的触发信号，一路作为扫频激光器单元(14)的校准信号；所述数据采集及处理单元(13)接收触发信号，并采集每路光纤光栅传感器(11)输出的测量电信号；所述计算机(1)通过数据采集及处理单元(13)接收的校准信号对扫频光进行线性校准，并在校准后根据每路光纤光栅传感器(11)输出的测量电信号所对应的校准后的扫频光信号，解调出每路光纤光栅传感器(11)反射的测量光的中心波长。2.根据权利要求1所述的高解调速度的可调谐激光器光纤光栅解调仪，其特征在于：所述数据采集及处理单元(13)包括信号处理电路(5)、数据采集卡(6)；所述信号处理电路(5)的输入端与数据采集卡(6)的输出端连接，信号处理电路(5)的输出端与计算机(1)的输入端连接；所述N个第一光电转换器(7)的输出端分别与数据采集卡(6)的输入端连接；所述扫频激光器单元(14)包括激光器驱动电路(2)、可调谐激光器(3)；所述激光器驱动电路(2)的输入端与计算机(1)的输出端连接，激光器驱动电路(2)的输出端与可调谐激光器(3)的输入端连接；所述可调谐激光器(3)用于输出扫频光信号，其输出端通...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，陈斌，李昂，张德志，刘文祥，李进，张敏，史国凯，王昭，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：