[发明专利]一种获取高帧频光谱的装置

说明书

本发明涉及一种获取高帧频光谱的装置，包括宽带光源、光纤环行器、光纤传感器连接端口、1×N光纤分束器、光谱仪模组、采样电路和信号同步及控制电路。宽带光源与光纤环行器的A端口相连，光纤环行器的B端口与光纤传感器连接端口相连，光纤环行器的C端口与1×N光纤分束器相连，光纤分束器之后依次为光谱仪模组、采样电路和信号同步及控制电路。本发明通过一种错时采样技术，将光谱仪模组中并连的N个光谱仪模块采集得到的光谱数据在后端拼合后实现高速采样，获取到高速采样光谱数据。

技术领域：

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种获取高帧频光谱的装置。

背景技术：

光纤传感器相比于传统电学传感器，具有损耗小、对外界电磁场不敏感、可以远程测量等优点，诸如光纤法珀传感器和光纤光栅传感器均已经广泛应用于压力、温度、应变、加速度、高精度微位移、化学物质等检测领域。

目前，针对各类传感器的实际应用，尤其在测量高速动态变化量时，诸如航空发动机动态压力的测试，如何实现高速采样以此达到高速解调是其关键所在。

光谱法是光纤传感系统解调的最重要的方法之一，其基本原理是光源发射宽带光入射到光纤传感器件，利用光谱仪模块对光纤传感器件的反射光谱进行采集，进而对获取到的反射光谱进行分析，解调出对应的腔长信息，从而通过标定关系确定外部物理量。光谱法的优点为：解调精度高、腔长解调范围大，可实现绝对腔长解调。

目前，光谱法多采用光谱仪模块对光纤传感器件的光谱数据采样。光谱解调技术所采用的光谱仪模块通常由光束整形、光学色散元件和线阵光电探测器构成，其光谱获取速率，即光谱仪帧频通常较低，普遍在10kHz以内，无法满足航空发动机动态压力测试、超声或冲击波检测等应用场景下光纤传感器件高速解调的需求，迫切需要解决光谱仪模块光谱获取速率过低的瓶颈。

发明内容：

本发明针对现有光谱法解调光纤传感器件在光谱获取速率上的技术瓶颈，提出一种获取高帧频光谱的装置。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种获取高帧频光谱的装置，包括宽带光源、光纤环行器、光纤传感器连接端口、1×N光纤分束器、光谱仪模组、采样电路和信号同步及控制电路，其特征在于：宽带光源与光纤环行器的A端口相连，光纤环行器的B端口与光纤传感器连接端口相连，光纤环行器的C端口与1×N光纤分束器相连，光纤分束器之后依次为光谱仪模组、采样电路和信号同步及控制电路；所述光谱仪模组由N个光谱仪模块分别连接在1×N光纤分束器后并联形成。

进一步，光谱仪模组采用错时曝光和光谱输出拼接算法，其中错时曝光和光谱输出拼接算法由信号同步及控制电路完成。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提出的高速光谱仪模组是由N个光谱仪模块分别连接在1×N分束器后并联形成，N个光谱仪后连接N个采样电路。在所提出的分时曝光和信号同步技术中，信号同步及控制电路产生N路相位差为360°/N的脉冲信号，N路360°/N移相的脉冲信号连接到N个光谱仪的控制端，脉冲信号的高电平时间为光谱仪的积分时间，两个脉冲信号间隔为光谱仪的采样间隔，设置单个脉冲信号的延时为采样间隔的1/N，即光谱仪模组的采样间隔为单个光谱仪采样间隔的1/N，即光谱仪模组的帧频提高为单个光谱仪的N倍，以此实现N个光谱仪的分时曝光。光谱仪模组的帧频提高为单个光谱仪的N倍，从而突破光谱仪扫描速度的限制，实现高帧频光谱获取，解决了单个光谱仪模块采样速度慢的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中光谱仪模块的时序图；

图3是本发明实施例中4路相位差为90°的RST信号；

标记说明：1-宽带光源，2-光纤环行器，3-光纤传感器连接端口，4-1×N光纤分束器，5-高速光谱仪模组，6-采样电路，7-信号同步与控制电路。