[发明专利]光纤多域传感系统及解调方法

权利要求书

1.一种光纤多域传感系统，其特征在于包括：宽带光源(1)，数据处理模块(2)，I/O传输总线(3)，DA模块(4)，AD模块(5)，FPGA模块(6)，光脉冲调制模块(7)，可调FP滤波器(8)，分布式微结构传感光纤(9)，环形器(10)，探测器(11)，光谱定标装置(12)，延时光纤(13)，接收电路(14)，驱动电路(15)；其中宽带光源(1)，光脉冲调制模块(7)，可调FP滤波器(8)，分布式微结构传感光纤(9)，环形器(10)，光谱定标装置(12)和延时光纤(13)是传感系统光路的主要组成部分；可调FP滤波器(8)，光谱定标装置(12)两部分构成了传感系统光波长感知部分；所述FPGA模块(6)，DA模块(4)，AD模块(5)，探测器(11)，接收电路(14)驱动电路(15)构成了传感系统的信号发生和数据采集单元；所述数据处理模块(2)，I/O传输总线(3)是传感系统的数据传输处理单元；

所述宽带光源(1)与光脉冲调制模块(7)连接，再连接到环形器(10)的1端口，环形器(10)的2端口接入光谱定标装置(12)后再通过延时光纤(13)与分布式微结构传感光纤(9)进行连接，环形器(10)的3端口连接可调FP滤波器(8)，再连接探测器(11)；FPGA模块(6)产生脉冲信号经DA模块(4)输出后用以驱动光调制器产生光脉冲；产生扫描信号在DA模块(4)另外一个端口输出后经过驱动电路(15)放大、稳压后驱动可调FP滤波器(8)；被微结构反射回来的光信号从环形器(10)3端口输出，被可调FP滤波器(8)滤波之经探测器(11)接收转换为电信号经过接收电路(14)之后再被AD模块(5)采集输入到FPGA模块(6)当中再上传至数据处理模块(2)当中；数据处理模块控制FPGA模块(6)产生信号和采集数据的处理；通过对AD模块(5)采集的数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的光纤多域传感系统，其特征在于，所述分布式微结构传感光纤(9)是基于一根单模光纤构建的，在分布式微结构传感光纤(9)上不同的点处构建两个相同的周期性折射率分布区域(21)，控制折射率调制周期、调制强度、两个区域之间的分布间距(23)，构建不同波长、反射率和频率的微结构；具有不同参数的光纤微结构之间通过波长、频率和时间参量区分。

3.根据权利要求1所述的光纤多域传感系统，其特征在于，所述多域是指时域、波域和频域；系统光源采用平坦的宽带光源(1)，调节折射率分布区域(21)折射率调制周期可以控制光纤微结构反射光谱(22)的反射中心波长，可以对反射传感信号的波长进行编码；不同的微结构腔长(23)使其光谱的傅里叶频谱之间可以区分开来，因此微结构可以进行频率编码；系统光源被光脉冲调制模块(7)调制成光脉冲，将光纤构建在光纤上不同的位置，间距较小的光纤微结构构成一个时域，被延时光纤(13)隔开的光纤微结构构成不同时域；因此分布式微结构传感光纤(9)上光纤微结构的能进行波长、频率、时间信息的编码，进行多域传感。

4.根据权利要求1所述的光纤多域传感系统，其特征在于，每个所述光谱定标装置(12)包括若干个不同波长的弱反射布拉格光栅(20)，温度控制装置(19)，光纤固定装置(17)，温度隔绝装置(18)，光纤(16)；弱反射布拉格光栅(20)被固定于恒温环境当中，以此保证光谱不会受到外界环境变化的影响，反射中心波长将会保持不变；通过第三方光谱解调装置获取其光谱，并存储作为光谱定标的参考数据；其内光栅的数目越多、覆盖的光谱宽度越大定标精度越高。

5.根据权利要求1所述的光纤多域传感系统，其特征在于，所述接收电路(14)对从探测器处采集的信号进行有源滤波，消除高频噪声并进行相应的缩放满足AD的电压处理范围和阻抗匹配要求；所述驱动电路(15)对DA输出信号进行放大满足扫描波段需求，对输出信号进行除噪和稳压保证滤波器的稳定性，对输出信号进行功率放大增加驱动能力。