[发明专利]温度自补偿高分辨率高频光纤光栅解调系统及方法

权利要求书

1.一种温度自补偿高分辨率高频光纤光栅解调系统，其特征是：包括可调谐窄带激光器、光纤分路器、数据采集及处理装置、温度自补偿装置、温度补偿光栅和传感光栅，其中，可调谐窄带激光器发射窄带光，窄带光经过光纤分路器分成两束光，分别从光纤分路器的两个输出端口输出，其中一束光经过第一光纤耦合器的输入端发送至传感光栅，经过传感光栅后返回至第一光纤耦合器的另一输入端，传输给第一光电探测器，转换成电压信号后传递给数据采集及处理装置；另一束光通过第二光纤耦合器输送至温度补偿光栅，经过温度补偿光栅后返回至第二光纤耦合器的另一输入端，传输给第二光电探测器，转换成电压信号后，通过温度自补偿装置进行温度补偿，得到可调谐窄带激光器的输出中心波长改变量。

2.如权利要求1所述的光纤光栅解调系统，其特征是：所述光纤分路器为1:1光纤分路器，将窄带光分为相同的两束光。

3.如权利要求1所述的光纤光栅解调系统，其特征是：所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，均为1:1光纤耦合器。

4.如权利要求1所述的光纤光栅解调系统，其特征是：所述可调谐窄带激光器的调谐范围宽为1560～1680nm，输出光功率最大值达10mw，光谱半宽高小于0.1pm，波长波动小于±1pm，输出光功率波动小于±0.01dB。

5.如权利要求4所述的光纤光栅解调系统，其特征是：所述可调谐窄带激光器输出的超窄带光精确地锁定在传感光栅的3dB带宽处，且其带宽小于传感光栅的3dB带宽，保证系统解调的高分辨率。

6.如权利要求1所述的光纤光栅解调系统，其特征是：所述第一光电探测器和第二光电探测器的带宽与增益可调，以抑制信号噪声。

7.如权利要求1所述的光纤光栅解调系统，其特征是：所述传感光栅栅区长度为2mm，良好感知频率范围在60kHz～200kHz的声发射信号；所述温度补偿光栅栅区长度为10mm，且温度补偿光栅只受温度影响。

8.如权利要求1所述的光纤光栅解调系统，其特征是：所述温度自补偿装置集成有基于规则的爬山搜索算法模块，用于以可调谐窄带激光器的输出中心波长变化量为输入，光功率变化为输出，实现解调系统温度自补偿。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的系统的温度自补偿方法，其特征是：具体包括以下步骤：

(1)计算相关处理参数，假定初始时刻可调谐窄带激光器的输出光谱与温度补偿光栅的反射光谱重叠部分的光功率为P，外界温度导致温度补偿光栅波长波动后的光功率为P₁，则光功率变化量为ΔP₁＝P₁-P；温度补偿装置给定的可调谐窄带激光器的输出中心波长变化量为Δλ，与之对应的光功率为P₂，调整可调谐窄带激光器的输出中心波长引起的光功率变化量为ΔP₂＝P₂-P；

(2)基于规则的爬山搜索算法模块对规则数据库初始化，规则数据库存储ΔP₁与Δλ的对应关系，如果ΔP₁不为零，则记录Δλ的值；

(3)判断ΔP₁是否超过光功率波动阈值，如果超过波动阈值，说明外界温度发生变化，转入步骤(4)；如果未超过波动阈值，则说明在高灵敏度解调范围内，不需调整，正常工作；

(4)从规则数据库中搜索Δλ的初始值，查看规则数据库中ΔP₁与Δλ的对应关系，选取Δλ的初始值，并将其作为温度补偿装置的给定值；

(5)判断ΔP₂是否超过光功率波动阈值，如果小于光功率波动阈值，则说明可调谐窄带激光器的输出中心波长位于光纤光栅反射光谱的3dB带宽处，温度补偿完毕，同时将此次ΔP₁与Δλ的对应关系存入规则数据库；否则转入步骤(6)；

(6)可调谐窄带激光器的输出中心波长仍偏离光纤光栅反射光谱的3DB带宽处，再次给予温度补偿装置一次返回步骤(5)。

10.如权利要求9所述的温度自补偿方法，其特征是：所述步骤(3)中，具体方法为：若规则数据库中存在ΔP₁与Δλ的对应关系，则取ΔP₁所对应的所有Δλ的平均值作为Δλ初始值；若规则数据库中不存在ΔP₁与Δλ的对应关系，则取规则数据库中离ΔP₁最近的光功率变化量所对应的所有Δλ的平均值作为Δλ初始值。