[发明专利]一种快速的光纤光栅解调系统的动态定标方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅解调温度及应变定标方法，尤其是一种基于可调谐F-P光滤波器的FBG解调系统动态定标方法，属光纤传感技术领域。

背景技术

分布式光纤传感系统可以实现对输油管道、铁轨、路基等大型管线的应变、温度等参量的长期监控，在基础设施的结构健康监测中具有广泛的应用前景。但是，分布式光纤传感系统一般采用检测光纤中布里渊散射或瑞利散射光的方法，完成一次有效测量的时间长达几十秒～几分钟，因此分布式光纤传感系统不适用于实时性要求较高的监测场合；此外，对于分布式光纤传感系统，需要在施工时将光纤预埋在待测物体内，限制了系统的应用范围。通过时分、波分等复用方式，光纤光栅(FBG)能够组成准分布式传感系统，可以实现大范围的定点监控；被测的参量仅取决于FBG的反射波长，通过波长解调技术得到相应的被测参量，不需要多次平均，可以有效提高检测的速度与精度；通过各种封装的技术，实现FBG与各种待测物体有效的物理接触，扩大了FBG的应用范围。

一个完整的FBG传感系统由FBG传感器、传输光路与解调设备构成。FBG解调设备采用波长解调方法，解调方法不仅影响传感系统的测量精度、测量速度，而且决定传感系统中FBG的复用方式、复用数量及传感网络的拓扑结构。

利用参考光栅对传感光栅进行解调的方案，可以得到较高的波长分辨率与较高的速度，但是，这种方案不利于FBG的复用；使用阵列波导光栅(AWG)的解调方案，可同时实现对多个FBG传感器的解调，可解调的信号频率超过100kHz，但是，该方案中一个光栅需要一个AWG通道和一个光接收单元，提高了系统复杂度；使用干涉光谱法实现对FBG的快速解调，可解调信号的频率高达48.6MHz，但是，该方案中复用FBG的数量有限；使用宽带光源与可调谐法布里-泊罗(F-P)滤波器对FBG进行解调，复用光栅的数量有所增加，解调速度达到1,000次／秒，波长分辨率达到2pm，但是，复用的FBG数量与波长检测精度不足。

对于一般的FBG传感系统的应用场合，要求传感系统有较大的覆盖范围，即要求较多的FBG复用数量；系统有较快的响应速度，1,000次／秒的解调速度可以满足大多数实时监控的需要；系统的波长分辨精度小于1pm，相对应得温度检测精度小于0.1℃，微应变检测精度小于1με。

本发明使用基于半导体光放大器(SOA)的环形激光器作为FBG传感系统的光源，使用可调谐F-P滤波器进行波长扫描，联合使用梳状滤波器与乙炔气体的吸收谱对波长进行动态定位，有效提高了可利用的光谱宽度，复用路数，复用的FBG数量，及扫描频率和光谱分辨精度。

发明内容：

本发明的目的在于消除了PZT的非线性与不稳定性对测量带来的影响，解决了传统解调系统中参考光栅数目对解调精度的限制。该方法使得光纤光栅解调系统达到了快速、高精度的测量要求。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

基于可调谐F-P光滤波器的FBG解调系统，其特征在于激光光源采用压电陶瓷(PZT)调节的可调谐F-P滤波器与SOA来实现可调谐波长的输出；激光光源输出端经多路耦合器，多路耦合器的30个输出端均为光纤光栅传感通道，均连接至环形器的第一端口，环形器的第二端口连接串联的若干个不同波长光纤光栅传感器，环形器的第三个端口连接光探测器；其中多路耦合器的另2第31、32个输出端分别连接两个校准通道；一个通道通过光纤连接至乙炔气体标定器件，再连接至光探测器；另一个通道通过光纤连接至光梳状滤波器，再连接至光探测器；最终将所有的光探测器送入信号处理单元进行处理。

优选地，所述梳状滤波器两个峰之间的间隔为标准的0.8nm，将F-P滤波器的自由谱区分成100个区，每个区的电压对波长的变化可以认为是线性关系。

优选地，为了校正所诉梳状滤波器带来的误差，注入乙炔气体的气室被引进所述方案中。

优选地，所述乙炔气体有6个较大的吸收谱峰：1528.12nm，1530.37nm，1531.59nm，1532.84nm，1534.12nm与1535.40nm，它们被用来对所述梳状滤波器进行校正。

优选地，在所述系统环形激光器的环形腔中引入一个谱宽约为75nm宽带滤波器，使实际环形激光器的输出波长限定在1525～1600nm的范围。

附图说明

图1为基于可调谐F-P光滤波器的FBG解调系统动态定标方法实现图。

具体实施方式