[发明专利]光纤光栅解调仪F‑P滤波器的自动标定电路及标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅解调仪F-P滤波器的自动标定电路，还涉及一种光纤光栅解调仪F-P滤波器的自动标定方法。

背景技术

光纤传感器作为新一代传感器，能以高分辨率测量许多物理量、化学量和生物量，可实现对现场非电测量的测量，这就从本质上解决了传统的电类传感器难以涉足的易燃易爆、强电磁场场所的安全测量问题；可以方便、精确和有效地对各种环境尤其是各种恶劣环境中有关物理量、化学量和生物量的检测。另外光纤信息容量大，在一根光纤上可制备多个甚至数百个探测点，可进行时分复用、波分复用，实现分布式测量和网络化监控；光纤体积小、纤细柔软，特别适用于一些具有窄小复杂结构空间的检测；并且可埋入材料、结构件和工程设施内部，在其工作期间实现它们的状态自诊断而不损坏其结构。

对光纤光栅传感信号的解调有很多办法，如复合干涉解调法、被动波长比率解调法、波分复用光纤耦合器解调法、锁模解调法、基于F-P滤波器解调法、非平衡扫描Mishelson干涉仪解调法等。

目前最常用的光纤光栅解调仪的设计方案是是基于F-P滤波器解调法，由于F-P滤波器采用PZT来改变F-P腔的腔长，因此F-P滤波器具有蠕变性和回滞性等特点。回滞性，是指驱动电压增加和下降时，输出波长会相应地减小和增大，但是减小时的曲线和增大时的曲线不会重合；蠕变性，是指在驱动电压升高或者降低的过程中，输出波长的重复性不好。因此F-P滤波器的驱动电压波形必须是周期性的。此外，F-P滤波器的输出波形也会受环境温度的影响。光纤光栅解调仪在低温和高温环境下，输出波形发生了很大的变化。在电路设计中，应重视温度对F-P滤波器的影响，调整电压来补偿温度。

由于F-P滤波器的以上特点，使得基于F-P滤波器的光纤光栅解调仪的生产调试极其不便，主要包括以下两点：

（1）扫描电压需要人工调节

由于每个F-P滤波器对应于波长在1525~1565nm之间的扫描电压范围都不固定，对于F-P滤波器的驱动电压范围目前均使用人工调节的办法，人工调节极度费时费力。

（2）F-P滤波器受温度影响较大

在不同温度下，每个F-P滤波器对应于波长在1525~1565nm之间的扫描电压范围都不固定，需要分别在高低温下在确定的F-P滤波器的扫描电压范围，取高低温下扫描电压范围的并集，这样才能满足高温下都能正常测量，这样会大幅度降低测量的分辨率，并且整个标定过程耗费大量人力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种光纤光栅解调仪F-P滤波器的自动标定电路，能够自动确定F-P滤波器的电压扫描范围，有效消除了F-P滤波器的温度特性对测量的影响。

为达到上述目的，本发明提供的光纤光栅解调仪F-P滤波器的自动标定电路所采用的技术方案是：光纤光栅解调仪F-P滤波器的自动标定电路，包括起点电压电路、扫描电压电路、电压加法电路和电压反相器，

所述起点电压电路包括：与CPU连接的第一DA转换器和连接在第一DA转换器输出端的第一调理电路；

所述扫描电压电路包括：用于控制F-P滤波器扫描电压范围的的第三DA转换器、用于为第三DA转换器提供参考电压的第二DA转换器和连接在第三DA转换器输出端的第二调理电路，第二DA转换器也与所述CPU连接；

所述第一调理电路和第二调理电路分别与电压加法电路的输入端连接，所述电压加法电路的输出端分成两条支路，其中一条支路与F-P滤波器连接，另一条支路经所述电压反相器与F-P滤波器连接；

CPU控制第一DA转换器的输出电压达到起点电压；第二DA转换器的输出电压作为第三DA转换器的参考电压，通过调节第二DA转换器的输出电压实现第三DA转换器的输出电压范围可调，电压加法电路将起点电压电路输出的起点电压和扫描电压电路输出的扫描电压叠加，输出电压Vo，再经过电压反相器反相输出-Vo，两者叠加驱动F-P滤波器。

本发明还提供了一种光纤光栅解调仪F-P滤波器的自动标定方法，包括起点电压电路、扫描电压电路、电压加法电路和电压反相器，所述起点电压电路包括：与CPU连接的第一DA转换器和连接在第一DA转换器输出端的第一调理电路；所述扫描电压电路包括：用于控制F-P滤波器扫描电压范围的第三DA转换器、用于为第三DA转换器提供参考电压的第二DA转换器和连接在第三DA转换器输出端的第二调理电路，所述自动标定方法包括如下步骤：

步骤一：初始化：设置第一DA转换器的输出电压为0V、电压加法电路的输出电压Vo范围V1~V2为0V~6V；