[发明专利]变温环境抑制扫描非线性的光纤光栅传感解调系统及方法

说明书

本发明公开了一种变温环境抑制扫描非线性的光纤光栅传感解调系统及方法，泵浦源发射出980nm波长的泵浦光作为扫描光源，经过波分复用器(2)进入到掺铒光纤(3)中，经光纤1×2耦合器(4)将输入光分成两束光，并对其进行抽运；掺铒光纤在泵浦光的作用下产生宽带受激辐射光，可调谐F‑P滤波器(5)受到电压的调制对经过光纤隔离器(6)的宽带光进行波长调谐，输出的扫描光源(7)分为三路分别进入光纤光栅传感器(10)、F‑P标准具(12)和长光程差迈克尔逊干涉仪(15)中，三路光又通过光电探测器(11)和数据采集卡(16)转化为电信号数据，通过解调算法进行布拉格波长解调。本发明可扩展为多种变温环境下的解调误差抑制应用，制作成本低。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，特别是涉及一种基于长光程差干涉仪的抑制扫描非线性的FBG传感解调系统。

背景技术

光纤光栅传感系统是以光为载体，光纤为媒介，使用具有体积小、质量轻、耐腐蚀、复用能力强、不受电磁干扰等优点的光纤光栅传感器进行传感测量的系统。当光纤光栅传感器受到应力应变、振动、温度和压力等物理参量作用时，传感器返回的布拉格光波长会产生移动从而实现传感。相比传统电学传感系统，该技术具有测量范围宽、高精度和高分辨率的特点，在强电磁干扰、易燃易爆或热真空等严酷环境下更具优势。

光纤光栅传感的解调方法主要有干涉解调技术、线性边沿滤波技术、匹配滤波解调技术、可调谐滤波器解调技术等。从解调速度、光谱范围、分辨率和大容量等方面综合比较，可调谐滤波器解调技术具有明显的优势。但是由于可调谐滤波器是利用PZT调节腔长进而改变输出波长，而PZT调节腔长存在位移与驱动电压的非线性关系，和初始腔长受环境温度影响两个问题。使得可调谐滤波器透射波长与驱动电压之间除了存在迟滞非线性关系之外，还具有蠕变特性。引入标准具作为波长参考，可大幅度降低可调谐滤波器非线性对波长定位精度的影响，提高传感系统的波长解调精度。F-P标准具可在与光源波段匹配的范围内引入间隔均匀的多个光频率参考点，在稳态环境温度下能较好地标定可调谐滤波器非线性，但在不同稳态温度下F-P标准具存在波长漂移。使用温度稳定的气体参考波长对F-P标准具的参考波长作实时温漂校正，实现了不同稳态或准稳态环境温度下的绝对波长解调。但是，当环境温度较快变化时，PZT还会引起可调谐滤波器扫描的局部非线性特征放大，尤其在中高速扫描的场合，采用F-P标准具和光纤气室也难以避免波长解调结果出现大幅度波动，导致测量精度大幅降低。

光纤干涉仪具有精度高、反应速率快、价格低、制作设计简单等优势，为了抑制在变温环境中光纤光栅传感解调非线性误差我们提出将光纤干涉仪应用到光纤光栅传感系统中，在F-P标准具的基础上对扫描非线性进行进一步的刻画，将解调结果震荡幅度降低，提高变温环境中的解调精度和稳定性。

发明内容

为了抑制在变温环境下的光纤光栅传感解调结果非线性误差，本发明提出了一种变温环境抑制扫描非线性的光纤光栅传感解调装置系统，通过设计的长光程差干涉仪与扫描光源对扫描过程中的非线性误差进行细致的刻画，降低了系统的成本和传感解调系统的复杂度。

本发明的一种变温环境抑制扫描非线性的光纤光栅传感解调系统，该系统至少包括扫描光源7、光纤1×3耦合器8、数据采集卡16、处理单元17以及信号发生模块18，包括扫描光源7与所述光纤1×3耦合器连接8，所述扫描光源7由泵浦源1与波分复用器2、掺铒光纤3、光纤1×2耦合器4、可调谐F-P滤波器5、光纤隔离器(6)组成的环路构成，所述光纤隔离器6与所述光纤1×3耦合器8相连接，所述光纤1×3耦合器8的包括三路输出分别是：一路包括依序连接的光纤环形器9、光纤光栅传感器10、光电探测器11，另一路连接F-P标准具12，再一路连接长光程差迈克尔逊干涉仪1；这三路中，在光电探测器11的输出端、在F-P标准具12的输出端、在光纤2×2耦合器13的输入端分别接数据采集卡16，所述数据采集卡16与处理单元17相连接，信号发生模块18分别连接可调谐F-P滤波器5、数据采集卡16，其中：

所述泵浦源1，提供980nm波段泵浦光源；