[发明专利]大容量光纤光栅传感网络的干涉型解调系统及方法

说明书

本发明公开了大容量光纤光栅传感网络的干涉型解调系统，它的纳米级宽谱光源的连续光输出端连接脉冲光调制器的输入端，脉冲光调制器的输出端连接光环形器的第一通信端，光环形器的第二通信端连接参考光栅的输入端，参考光栅的输出端连接光栅阵列传感网络的输入端，光环形器的第三通信端连接第一光放大器的输入端，第一光放大器的输出端连接马赫曾德尔干涉仪的输入端，马赫曾德尔干涉仪的三路信号输出端分别通过光电转换器连接嵌入式信号处理器对应的信号输入端，嵌入式信号处理器控制加热装置对马赫曾德尔干涉仪的任意一条干涉臂进行温度控制。本发明在保证解调速度和传感器复用容量的前提下，有效的提高了系统的信噪比和解调精度。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，具体地指一种大容量光纤光栅传感网络的干涉型解调系统及方法。

背景技术

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)传感是传感领域中最具潜力的一种传感技术，利用FBG中心波长对温度/应变敏感这一特性实现对复杂工况传感监测。在性能优化方面上，通过大规模组网，增加传感器数量，可以提高传感网络的感知密度；通过优化解调方法，缩短传感器解调时间，可以提高传感网络的响应速度；通过改善系统设计，降低系统噪声水平，可以提高传感网络的测量精度。然而目前的FBG传感系统仍不能很好的实现解决高速高精度大容量传感这一技术难题。

在解调速度上，基于干涉仪的FBG解调系统，通过将波长变化转化为相位变化，避免了激光波长的扫描以及光栅光谱的重构，从而具有解调速度快的特点。但是系统仅能测量光栅的相对波长变化量，无法进行绝对波长的测量，应用领域受限。此外，传统的干涉型FBG解调系统往往采用波分复用(WDM)方式进行组网，传感器数量受光源带宽的限制，最多为几十个。为了提高传感网络的传感器数量，研究人员提出了一种基于脉冲调制的时分复用(TDM)组网方式的干涉型FBG解调系统，具有大容量、高解调速度的优势。但由于使用脉冲调制技术，系统的硬件带宽被提高，使得宽带光信号经过滤波后的高频的相对强度噪声显现，造成系统解调精度降低。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种大容量光纤光栅传感网络的干涉型解调系统及方法，本发明在保证解调速度和传感器复用容量的前提下，通过设计低噪声纳米级宽谱光源，有效的提高了系统的信噪比和解调精度；通过设计一种基于时分复用的大容量FBG传感阵列绝对波长标定技术，实现了FBG绝对波长的测量。

为实现此目的，本发明所设计的一种大容量光纤光栅传感网络的干涉型解调系统，其特征在于：它包括纳米级宽谱光源、脉冲光调制器、光环形器、参考光栅、光栅阵列传感网络、第一光放大器、马赫曾德尔干涉仪、光电转换器、嵌入式信号处理器和加热装置，其中，纳米级宽谱光源的连续光输出端连接脉冲光调制器的输入端，脉冲光调制器的输出端连接光环形器的第一通信端，光环形器的第二通信端连接参考光栅的输入端，参考光栅的输出端连接光栅阵列传感网络的输入端，光环形器的第三通信端连接第一光放大器的输入端，第一光放大器的输出端连接马赫曾德尔干涉仪的输入端，马赫曾德尔干涉仪的三路信号输出端分别通过光电转换器连接嵌入式信号处理器对应的信号输入端，嵌入式信号处理器控制加热装置对马赫曾德尔干涉仪的任意一条干涉臂进行温度控制。

一种利用上述系统的解调方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：纳米级宽谱光源输出纳米级宽谱光信号；

步骤2：脉冲光调制器用于将纳米级宽谱光信号调制为脉冲光信号，并对脉冲光信号进行功率放大；

步骤3：经过放大后的脉冲光信号通过光环形器依次进入参考光栅和光栅阵列传感网络，其中，参考光栅的初始中心波长已知，且封装在隔温、隔震的环境中，保证中心波长不变，由于脉冲光信号的谱宽覆盖了光栅阵列传感网络中FBG的工作带宽，因此单个脉冲下各个FBG的返回信号即为各自的反射谱信号，经光栅阵列传感网络反射回的光信号由光环形器输出至第一光放大器将带有传感信息的光反射信号放大后送至马赫曾德尔干涉仪；