[发明专利]分布式光纤光栅的传感谱形解调系统及方法

说明书

分布式光纤光栅的传感谱形解调系统及方法，宽带光源提供大于任意级联长周期光纤光栅损耗峰带宽的光信号，工控机将光开关切换的指令发送至单片机，单片机接收到指令后控制引脚电平完成光开关进行光路的切换，光信号沿着光路经LPGP和耦合器后传输至光谱仪，工控机再发送对光谱仪的控制指令，光谱仪接收指令完成光信号的解调，解调后数据返回至所述的工控机进行数据处理，最后将LPGP的光谱、谐振波长和周围温度进行还原。本发明可以完成光开关光路的切换、光谱仪对分布式LPGP波长和透射率的采集、数据的处理、数据的显示和存储等功能；完成历史数据的查询、并对历史数据进行回放功能；实现分布式LPGP复用解调系统的用户登录、功能模块切换功能。

技术领域

本发明属于光纤光栅检测领域，涉及分布式光纤光栅的传感谱形解调系统及方法。

背景技术

光纤光栅是近期发展非常迅速的光纤无源器件。光纤光栅的带宽范围大且波长选择性好，具有非传导性、高灵敏度、高分辨率、抗腐蚀、抗电磁干扰、极化不敏感等特点。由于光纤光栅与光纤之间天然的兼容性，光纤光栅易于与光纤连接且损耗低、光谱特性好、可靠性高。这些优点使光纤光栅以及基于光纤光栅的器件成为全光网中理想的关键器件。

长周期光纤光栅（LPFG,long period grating）是一种能够实现某些特定波长的前向传输的导模与包层模之间耦合的新型光纤器件， 级联长周期光纤光栅（LPGP，longperiod grating pair）是由2个参数完全相同的LPG刻写在同一根光纤上构成，LPGP作为LPG的一个特殊结构，本质上还是LPG，LPG的制作技术、理论研究、应用同样适用于LPGP，具备LPG的所有优点，由于它的结构不同，还具备一些其他特质。

目前，分布式测量是传感器应用的发展趋势之一。许多工程诸如油田、工厂中的管道和锅炉、桥梁大坝等安全监测系统都对分布式测量提出了极高的要求。在分布式光纤传感系统中，光纤传感器体积小，多个传感器可以共用一套光源、解调系统和数据处理设备，解决了光纤传感器成本较高的问题，同时还能保留光纤传感器精度高，串扰小的优点。

传感性能优异的LPGP因其特殊的工作模式，传感应用仍然主要局限于分立的光纤传感器件或单点光纤传感系统，目前国内外鲜有分布式LPGP的复用解调系统提出，严重制约了其在光纤传感领域的进一步应用。因此，提出一种适合LPGP的复用解调系统可以大大加快它们走向实用化的进程。

解调是从调制的信号中恢复携带信息的过程，其实质是对携带信息的检测。光纤光栅传感器是对光源发出的光信号进行调制，其传感的原理为：当外界的物理参量发生变化时，经过光纤光栅传感器的光信号的特征波长发生变化，通过检测特征波长的变化量来反推出外界的物理参量的变化情况。因此，对光纤光栅传感器进行解调就是对光信号的特征波长进行检测。

复用技术是实现分布式传感的关键技术，复用是指一种在传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。在光纤传感领域，根据传感器的特性不同，需合理选择复用方案实现传感器的分布式传感。目前，常用的光纤光栅传感器复用方案有时分复用、波分复用和空分复用三种。

与传感器研究的各种解调方式相比，对LPGP复用解调系统研究则相对较少，这是由于LPGP的损耗峰带宽大，在不同波长位置皆有信号存在，若采用波分复用的工作模式，势必造成其复用效率过低，同时透射式的工作模式使其难以采用已有的时分复用系统。这些问题都对LPGP的传感信号复用及解调造成了困难。尽管LPGP的传感信号实现复用与解调困难重重，但人们经过长期的研究，还是提出了一些思路与方案来初步解决这个问题。