本发明专利技术属于光纤传感技术领域，公开了一种高速、高精度、多通道布拉格光栅解调装置。该系统由波长扫描激光光源和相应的波长控制方法；实现传感器多通道的方法和阵列装置；高速高精度解调方法和相应电路以及为完成上述功能需的辅助电路和电脑。本发明专利技术可以高速高精度多通道解调并标定传感阵列中的各个FBG中心波长的绝对数值，适用于温度、压力、振动等各种基于FBG原理的传感器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感领域，特别涉及到对布拉格光栅传感器进行高速高精度解调及多通道应用的方法和实现装置。
技术介绍
光纤传感器自上世纪70年代问世以来，由于其高灵敏度，传一感合一，优越的电磁兼容性等等一系列优点，受到业内的高度重视和期待。与其它类型光纤传感器相比，光纤光栅由于体积小，非常容易与传感结构和材料融合，构成温度、压力、流量、应变等多种传感器件，业内普遍认为光纤光栅是光纤传感技术实用化，大规模应用的一条具有非常良好前景的技术路线。解调的本质是将光纤光栅的波长变化检测出来，它携带了所要检测物理量的信息。高精度、快速、多通道、低成本的实现解调，是光纤光栅传感器大规模工程化应用的一个重要前提。国内外相当多的研究报道及专利申请(授权)涉及光纤光栅传感的解调工作，例如高精度多通道光纤光栅传感系统(中国专利CN101021443A)高精度光纤光栅传感信号解调仪(中国专利CN101216327A)高精度光栅光纤解调系统(中国专利CN1908713A)超高速光纤光栅传感器解调系统及其实现方法(中国专利CN1494237A)多通道布拉格光栅传感器(美国专利讨沈四7)使用啁啾布拉格光栅反射的超高灵敏度传感器(美国专利5706079)尽管有相当多的类似工作，但是，能够同时满足“高速、高精度、多通道、以及较低成本”的光栅解调的方法和装置极为罕见。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是，提供一种能够同时满足“高速、高精度多通道及较低成本”的解调技术方案及实现该方案的装置。本专利技术的具体内容包括波长扫描激光光源由以下部分组成激光二极管；二极管驱动电路，二极管温度传感器，制冷-加热调温单元以及控制单元；其连接控制关系为控制单元接收传感器的激光二极管温度信息，产生调整温度指令送调温单元，产生驱动信号送二极管驱动电路；二极管驱动电路将驱动信号放大后用其控制激光二极管，激光二极管的温度受调温电路的控制，其激光输出送多通道阵列的IXN分支器的输入端。实现传感器多通道应用的阵列装置由以下部分组成一个IXN分支器；N-I个1X2耦合器。1根或数根多芯光缆；传感器阵列中包括m个传感光栅。其中1 XN分支器的的N-I个output分支对应连接到N-I个1X2 耦合器的outputl端，N-I个1X2耦合器inputl端通过多芯光缆连接到传感器。多芯光缆为每个传感器分配一根光纤。N-I个1 X 2耦合器的0utput2端连接到解调装置的对应光电转换器PIN。1 XN分支器的的N分支输出中的一路不连接1 X 2耦合器而直接连接气体吸收池。高速高精度解调装置包括解调支路和标定支路；解调支路包括光电探测器；信号放大器，增益控制器，比较器，计数器，微处理器，气体吸收池，其连接控制关系为光电探测器将光信号转变为电信号信号进入放大器，放大器的增益受控于可编程自动增益控制，其输出进入比较器，比较器将放大器输入的信号与微处理器给定的参考信号进行比较，其比较结果触发计数器，该计数器的计数结果用于获得传感光栅的波长信息。微处理器，与解调支路相比，标定支路的信号由气体吸收池输出后进入光电探测器，其余连接和控制关系与解调支路相同。本专利技术采用的激光二极管为CW-DFB或者CW-DBL类型，用以实现由电流对波长进行连续高速调制。由于激光二极管只能提供一个很窄的波长扫描范围，所以，本专利技术所有的传感器都采用相同的波长的光栅，为区分不同的传感器，采用多芯光缆为每个传感器配备一个独享的通道，可以根据实际应用情况采用一根或多根光缆，但光纤总芯数多于解调装置的总通道数，而解调装置的通道数应多于传感器的总数量。本专利技术采用的方案，由于激光二极管谱线极窄，能量高度集中，即使经过1 1 分支器进行能量衰减，每个通道仍然有足够的信噪比，为共享激光器及气体波长标准奠定了基础。较多的通道保证了系统的经济性，从实际应用考虑，一般8-64个通道比较合理。本专利技术的波长高速扫描通过调制激光二极管馈入电流来获得，波长低速扫描通过调制激光二极管的温度来实现。本专利技术通过控制激光模块的温度来控制扫描波长的起始点并扩展波长扫描的覆盖范围。本专利技术采用多个不同中心波长的激光光源，在微处理器的控制下接力工作，使波长高速扫描的范围得到扩展.本专利技术的波长解调采用驱动电流扫描的时间对应于特定的波长，反射信号超过设定阈值证明检测到FBG的前沿，再次低于阈值证明检测到FBG的后沿，由这二个时间跳变得位置由此可得到FBG反射峰的宽度和中心波长。本专利技术采用高速计数器将波长扫描范围密集划分；每个扫描周期使用气体吸收谱对激光器进行动态标定；利用激光器的馈入电流一扫描波长曲线的特征，对其进行线性化校正等技术措施保证高解调精度。本专利技术采用可编程自动增益控制电路，为不同的通道提供不同的增益，所有的传感器信号在经过放大器后，工作在相同的设定幅度上。该方法显著改善了系统的可靠性和实用性本专利技术采用为不同的通道提供不同的采样平均次数的方法，使系统能同时测量高频和低频信号。该方法有效地改善了系统的可靠性和实用性。专利技术的有益效果本专利技术高速所提出的技术方案，可以实现FBG传感器的高速、高精度、多通道解调。典型技术指标为采样频率可达2kHz，在IkHz采样率下的波长分辨率达到0. 11pm，精度达到Ipm ；在IOH采样率下的波长分辨精度达到0. 01pm，精度达到0. Ipm ；解调器同时处理的通道数量至少为16通道，系统有足够能力达到96个通道。本专利技术实现的通道数量保证了光纤传感系统高性能下的较低成本。 附图说明图1是本专利技术的系统2是本专利技术的传感通道分配3展示了本专利技术主要信号的波形和时间关系图4波长解调原理5波长校正原理6是本专利技术实施例1中使用温度调控波长扫描的起始点图7是本专利技术实施例2中多激光光源接力扩展波长扫描覆盖范围示意8是本专利技术结构框图以下结合附图和实施例对本专利技术进一步详细阐述，但本专利技术不限于这些实施例。实施例1 16通道FBG地震数据采集站需求分析地震勘探检波器的工作特点是，环境温度从可能_40°C -70°C，工作时所有的传感器都位于相同温度下且温度变化不大。系统平时处于待机状态，记录从激发开始的几秒(至多几十秒)的地震波信号，该系统要求高速、高精度、多通道采集信号。参阅图1，图2和图3，图4，本实施例的FBG高速、高精度、多通道解调的方法和实现装置包括波长扫描激光光源由以下部分组成激光二极管11 ；二极管驱动电路12，二极管温度传感器13，制冷-加热调温单元14以及控制单元15 ；其连接控制关系为控制单元 15接收传感器13的激光二极管温度信息，产生调整温度指令送调温单元14，产生驱动信号送二极管驱动电路12 ；二极管驱动电路12将驱动信号放大后用其控制激光二极管11，激光二极管11的温度受调温电路14的控制，其激光输出送多通道阵列的1X16分支器的输入端(1端)。从图3，图4上看，从二极管驱动电路12输出的波形①，是一个电流幅度调制的锯齿波，本实施例中其扫描周期为0. 5ms,电流幅度为50mA-250mA.进一步从图3上看，从激光二极管11输出的波形②，是一个波长随时间扫描的，本实施例中波长的扫描范围为1. 2nm, 在此，波长的量程1. 2nm与时间周期0. 5ms建立了联系。参阅图2，实现传感器多通道应用的阵列装置2由以本文档来自技高网...
【技术保护点】
分支器的输入端（１端）。实现传感器多通道应用的阵列装置２由以下部分组成：一个１×Ｎ分支器２１；Ｎ－１个１×２耦合器２２。多芯光缆３，其中可包括３１，３２…３Ｋ共Ｋ根多芯光缆；传感器阵列４中共包括４１，４２…４ｍ等ｍ个传感光栅。其中：１×Ｎ分支器的的Ｎ－１个ｏｕｔｐｕｔ分支对应连接到Ｎ－１个１×２耦合器２２的ｏｕｔｐｕｔ１端，Ｎ－１个１×２耦合器２２的ｉｎｐｕｔ１端通过多芯光缆连接到传感器。多芯光缆为每个传感器分配一根光纤，将传感阵列及耦合器２２一一连接。１×２耦合器的ｏｕｔｐｕｔ２端连接到解调装置的对应光电转换器ＰＩＮ，Ｎ分支的其中一路不必连接１×２耦合器而直接连接气体吸收池。高速高精度解调装置５包括解调支路和标定支路；解调支路包括光电探测器５１；信号放大器５２增益控制器５３，比较器５４，计数器５５，微处理器５６，气体吸收池５０，其连接控制关系为：光电探测器５１将光信号转变为电信号信号进入放大器５２，放大器５２的增益受控于可编程自动增益控制５３，其输出进入比较器５４，比较器５４将放大器５２输入的信号与微处理器１５给定的参考信号进行比较，其比较结果触发计数器５５，该计数器的计数结果用于获得传感光栅的波长信息。与解调支路相比，标定支路的信号由气体吸收池５０输出后进入光电探测器５１，其余连接和控制关系与解调支路相同。本专利技术的组成还包括：完成电源、保护等功能的一般电路６１以及用于解调数据显示处理存储的计算机６２．１．一种对ＦＢＧ（光纤布拉格光栅）高速、高精度、多通道解调的方法和实现装置，其特征包括：波长扫描激光光源由以下部分组成：激光二极管１１；二极管驱动电路１２，二极管温度传感器１３，制冷－加热调温单元１４以及控制单元１５；其连接控制关系为：控制单元１５接收传感器１３的激光二极管温度信息，产生调整温度指令送调温单元１４，产生驱动信号送二极管驱动电路１２；二极管驱动电路１２将驱动信号放大后用其控制激光二极管１１，激光二极管１１的温度受调温电路１４的控制，其激光输出送多通道阵列的１×Ｎ...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔洪亮，汤姆K·宁静，李亚，
申请(专利权)人：崔洪亮，汤姆K·宁静，李亚，
类型：发明
国别省市：11
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