[发明专利]一种温度自适应的FBG解调方法及系统

说明书

本发明公开了一种温度自适应的FBG解调方法及系统，包括：基于不同VCSEL在无温控情况下所能适应的工作温度变化范围，选定满足设定要求的VCSEL；同时选取甲烷吸收峰波长和FBG波长，使得在所述设定的温度范围内，VCSEL的扫描波长范围始终覆盖FBG中心波长、因传感引入的波长变化量以及至少一个对应的甲烷吸收峰；在每一个预设的温度范围内，根据甲烷吸收峰的波长位置和FBG中心波长的位置来确定FBG中心波长值和传感后的变化量。本发明有益效果：在不使用温控装置的条件下，能够有效的测量FBG中心波长的变化值，使整个传感器测量系统满足低功耗、低成本、小型化的要求。

技术领域

本发明涉及光纤传感/光电检测技术领域，尤其涉及一种温度自适应的FBG解调方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在煤矿井下巷道顶板应力和钻孔应力的监测中，常常需要使用到传统的煤矿机械式顶板离层传感器和钻孔应力传感器，这类传感器结构简单、价格低廉，在煤矿上得到广泛应用。现有的顶板动态监测手段主要包括机械式人工监测技术和电子监测技术。但是，由于这类传感器存在测量精度低，难以实时在线监测的缺点，在实际使用时，需要专业人员定期下井做巡检和记录，这样就无法及时发现隐患，不能及时清理故障和排除危险。一般电子顶板应力和钻孔应力传感器主要是基于应变片工作原理，外界应力变化使应变片的电阻改变，通过使用电桥就可以测量由应变片电阻的改变而产生的输出电压变化，从而达到检测应力变化的目的。由于井下的工作环境是高潮湿，多粉尘，电子元件很容易受井下淋水及粉尘的影响，造成传感器使用寿命短，信号传输易受电磁干扰，容易数据误报等问题。

FBG(光纤布拉格光栅)应力传感器与传统电子传感器相比，具有不带电、本质安全、抗电磁干扰能力强、易于复用和结构简单等优点。FBG应力传感器所监测到的应力变化是通过FBG波长解调仪来解调和计算出的。在FBG解调仪中，通过检测FBG中心波长的漂移量，就可以计算被测物理量的变化。目前，已有多种FBG解调技术被广泛应用于FBG解调仪，例如边缘滤波法、可调F-P滤波器法、干涉解调法、匹配FBG法、波长扫描激光器法等。这些方法大多使用宽谱光源或DFB光源，需要对光源进行恒温控制，从而使得整个传感系统功耗较大，生产成本高，维护难度大。

针对煤矿井下巷道温度、顶板应力监测等应用，还需要考虑FBG解调仪的防爆特性。现有技术公开了一种基于VCSEL(垂直腔面发射激光器)的FBG解调装置及工作方法，利用乙炔气体在C波段1527-1530nm的5个吸收峰作为参考波长来测量FBG中心波长，这种方法相对于传统解调方法有效的降低了解调仪的部分功耗。一般而言，C波段VCSEL的温度/波长系数约为0.11nm/℃，由于固定使用乙炔气体在1527-1530nm的5个吸收峰，这就意味着在使用这个光栅解调系统时，必须给激光器附加一个温度控制系统，以保证激光器扫描波长可以覆盖整个1527-1531nm的波长范围，以便避免由于较大的环境温度变化，可能导致激光器扫描波长偏离5个乙炔吸收峰的波长范围，使解调系统无法正常工作。然而，当激光器使用了温度控制系统(TEC)，整个传感系统的功耗和成本都会相应的增加，系统结构变的复杂，特别是功耗不能达到本安的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种温度自适应的FBG解调方法及系统，选用吸收峰分布范围比较大的甲烷气体作为参考波长来解调FBG中心波长，同时通过选用和匹配VCSEL的波长扫描范围和FBG中心波长，做到在不使用温控装置的条件下，有效的测量FBG中心波长的变化值，使整个传感器测量系统满足低功耗、低成本、小型化的要求。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种温度自适应的FBG解调方法，包括：

基于不同VCSEL在无温控情况下所能适应的工作温度变化范围，选定满足设定要求的VCSEL；同时选取甲烷吸收峰波长和FBG波长，使得在所述设定的温度范围内，VCSEL的扫描波长范围始终覆盖FBG中心波长、因传感引入的波长变化量以及至少一个对应的甲烷吸收峰；