[发明专利]一种光纤法珀传感器的多传感器复用解调系统及处理方法

说明书

本发明涉及一种光纤法珀传感器的多传感器复用解调系统及处理方法，属于光纤传感技术领域。该系统由宽带扫频激光光源、光环形器、波分复用器、光电探测模块、光谱还原模块和数据处理模块依次连接组成，并以并联复用的方式分别连接N个大腔长光纤法珀传感器；该处理方法包括：S1：利用光谱还原模块，将接收到的干涉光谱还原为N段干涉光谱信号；S2：用稀疏采样的频率解调法，对每段光谱数据分别进行处理计算，求出各自的等效频率值；S3：根据等效频率值与光纤法珀传感器的腔长关系，分别求解出N个光纤法珀传感器的值。本发明有效解决了白光干涉型光纤法珀传感器的大容量并联复用难题。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种白光干涉型光纤法珀传感器的多传感器复用解调系统及处理方法。

背景技术

白光干涉型光纤法珀传感器是一种利用宽光谱干涉实现高精度测量的光纤传感器，它具有传感器体积小、传感器端不带电、抗电磁辐射、耐高温抗腐蚀、易远程传感、与光纤通信兼容等优点。因此在石油、化工、煤矿、机械、以及各种易燃易爆及恶劣工作环境的特殊场合中具有极大的应用潜力。

光纤白光干涉测量系统的典型解调系统原理图2所示，它由低相干宽带光源(11)、光耦合器(12)、光谱仪(13)、数据处理单元(14)组成。若低相干宽带光源具有图3(a)的理想宽带光谱特性，经过传输光纤达到光纤法珀传感器(21)后返回图3(b)的宽光谱干涉信号，该信号经光谱仪采集、再由后续数据处理单元用相应的解调算法进行腔长的计算处理，完成解调。这样的测量系统具有结构简单、技术成熟、易于实现的优点。但其难以实现多传感器复用的缺陷，制约了其大规模的工程应用。

针对白光干涉传感器的多传感器复用问题，目前主要有时分复用与频分复用两种复用技术。时分复用是使用光开关分时地将光源切换到多个传感器并进行解调，虽然它使每个传感器具有相同的解调精度，但光路的切换却限制了系统整体的测量速度，且机械切换结构的长期可靠性较低。频分复用同时获取腔长L不同的数个传感器的干涉光谱信号，再对干涉光谱信号进行频谱分析，利用频谱上的不同峰值将传感器区分出来；由于它要求各个光纤法珀传感器的腔长不同，复用的数量少，实用性差。

因此，白光干涉型光纤法珀传感器的多传感器复用，成了制约该类传感器大规模应用的瓶颈之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种白光干涉光纤法珀传感器的多传感器复用解调方法与系统，通过使用光谱线宽窄、扫频范围宽的扫频激光光源与大腔长光纤法珀传感器结合的解决方案，并配以与光源波长范围匹配的波分复用器、以及后续稀疏光谱采样解调算法，在不降低相干信号对比度的条件下，有效解决白光干涉型光纤法珀传感器的大容量并联复用难题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种白光干涉型光纤法珀传感器的多传感器复用解调系统，该系统如图1所示，由扫频激光光源(101)、光环形器(102)、波分复用器(103)、光电探测模块(104)、光谱还原模块(105)和数据处理模块(106)依次连接组成N通道的复用解调系统(1)，并分别连接N个大腔长光纤法珀传感器(2)；

所述扫频激光器的光谱线宽窄、扫频范围宽，以在较宽的光谱范围内输出波长可变的窄线宽扫频激光束；

所述光环形器用于将扫频激光器发出的扫频激光束单向传递至波分复用器；

所述波分复用器用于将扫频光谱范围内的激光信号分割为N路窄带光谱信号，并分别传输至N个光纤法珀传感器，再将光纤法珀传感器返回的N路窄带光谱干涉信号合并后、经光环行器传输到光电探测模块；

所述光电探测模块用于将从N个光纤法珀传感器返回的干涉信号转换为随时间变化的电信号，再经放大、采样转换为离散的数字电信号；

所述光谱还原模块用于将时域扫描干涉光谱信号转换为光谱波长域的干涉光谱信号；