[发明专利]基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统及工作流程

说明书

一种基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统，其中光复用模块的输入端分别与光源模块和单片机模块连接，输出端与光解调模块连接。光复用模块包括光控开关、长周期光纤光栅阵列和光耦合器。单片机模块包括单片机最小系统和电平和逻辑关系转换模块。计算机检测系统通过串口将光控开关切换的指令传输至单片机模块，单片机模块接收到指令后控制引脚电平完成光路的切换。光解调模块的输入端和光复用模块相连，输出端通过通用接口总线和计算机检测系统相连。计算机模块通过GPIB发送对光解调模块的控制指令完成光信号的解调，解调后数据返回至计算机中进行数据处理。本专利能实时显示检测目标参数变化，可实现多点分散测量。

技术领域

本发明属于光纤光栅的传感领域，涉及基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统及工作流程。

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。

LPFG的基本工作原理是将光源的光输入光纤，并经光纤传输至光栅区域，在光栅区域内，外界被测参数（如温度、曲率、折射率、应变等）与进入光栅区域的光相互作用，进而改变光的波长、强度、相位等参数。灵敏度较高、体积小，易于和基体结构集成，是智能结构传感器中十分重要的一类。

对传感信号的精密解调是光纤光传感器实用化的关键技术之一，为此，发展了多种技术用于波长编码的解调。如用匹配滤波法来对光纤光栅进行解调，该传感器结构简单、造价低廉，但该法对光栅匹配要求高，测量范围不大，相应速度低；应用可调谐F-P腔滤波器解调法，该法可达到较高的应变分辨率，但检测精度受F-P腔的稳定性及PZT的非线性影响。甘；采用波长周期性变化的窄带光谱扫描传感光纤光栅的反射谱，该种方法可以获得较高的信噪比和分辨率，但要求可调谐窄带光源输出光谱窄且光谱调谐范围宽。

上述这些方案各有优势，适用于不同传感系统的需求。但是，这些方案中很多可调谐设备是通过控制压电陶瓷来实现波长的选择，所以有一定的滞后性。而且在实际工作时，有回转率（扫描电压回到初始电压的速度）的限制。有些方案中的解调器件，譬如可调谐滤波器或者可调谐激光光源，都是比较昂贵，少则几千美金，多则上万美金，投入较大。

另一方面，光纤传感器的复用技术，是构建光纤分布式传感系统的关键，它决定了光纤传感网络的总体性能和制造成本。所谓的光纤传感器复用是将光纤传感网络中产生的众多传感信号汇集到一根单模光纤传输，并在解调端按一定的顺序将这些信号区分开来，这就是

由于缺少可行的复用和解复用技术，传感器在分布式光纤传感领域没有得到广泛的应用。挖掘光纤巨大带宽潜力，提高光纤通信容量，光复用技术应运而生。其工作机理是在单根光纤上通过光物理参量的选用与匹配，形成多类光复合组合形式，建构多个或多类传感器，实现多点准分布式监测。作为光纤光栅复用的3 大经典复用形式，波分复用，时分复用和频分复用在最近20 年得到了广泛研究。

如何构建小型化、便携式、多通道检测、高灵敏度并且能够应用于现场实时分析的长周期光纤复用解调设备是一项急待解决的任务。根据工程应用的需要，需要选择和设计一种体积小、价格低、灵敏度高、光能利用率高、操作简单的波长位移检测技术，能实时显示检测目标参数变化，可实现多点分散测量、集中检测。

目前为止，还没有人提出基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用实时传感系统。系统通过光开关进行光路切换，通过衍射光栅利用多缝衍射和干涉作用﹐将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散，再经成像镜聚焦而形成光谱。光源波长在的透射强度由对应的各个传感的透射谱决定。将各个传感安装在需要传感的环境中,环境中待测物理量改变时,各个传感的谐振波长发生漂移,其相对应的谐振波长和透射率就会发生变化,各个传感器可以通过谐振波长加以区分,达到复用解调的目的。

发明内容