[发明专利]光纤光栅加速度传感器的波长解调系统及波长解调方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种光纤光栅加速度传感器的波长解调系统及波长解调方 法。

背景技术

光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本等 特点，此外其波长编码特性以及能在单光纤上实现准分布式测量的优点是其它 传感器所无法比拟的，具有广阔的应用前景。光纤光栅传感器是一种波长调制 型器件，外界物理量的变化会影响光纤光栅的中心波长，通过测量光纤光栅中 心波长的变化，就可以获得外界物理量的变化情况。但目前限制光纤光栅传感 器大规模实际应用的最主要障碍之一是对光纤光栅传感器波长信号的解调，所 以精确解调波长的变化是光纤光栅传感的一项关键技术。

波长解调方法有很多种，其中基于可调谐法布里珀罗(Fabry-Perot,F-P) 滤波器的波长解调方法具有灵敏度高、可调谐范围大等特点得到了广泛应用。 传统的基于可调谐F-P滤波器的波长解调方法是通过标定获得压电陶瓷的驱动 电压和光纤光栅反射波长的对应关系实现的，这种解调方法简单实用。但由于 可调谐F-P滤波器器件本身制造工艺的限制，在反复扫描时受电磁感应和电荷 迟滞等的影响不可能每次扫描都精确重合，且其压电陶瓷容易受到外界环境温 度和使用时间的影响发生偏移，获得的压电陶瓷驱动电压和光纤光栅反射波长 之间的对应关系存在严重的系统误差，从而难以保证解调系统对待测传感光栅 的检测精度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种波长解调精度高且简单可靠的光纤光栅加 速度传感器的波长解调系统。

本发明的目的之二在于提供一种所述光纤光栅加速度传感器的波长解调系 统的波长解调方法。

本发明提供的这种光纤光栅加速度传感器的波长解调系统，包括宽带光源、 光隔离器、可调谐F-P滤波器、锯齿波信号发生器、耦合器、F-P标准具、第一 光电探测器、光环形器、第二光电探测器、第一参考光栅、第二参考光栅、光 纤光栅加速度传感器、数据采集模块和上位机；宽带光源发出的光经光隔离器 进入可调谐F-P滤波器，锯齿波信号发生器产生锯齿波信号并驱动可调谐F-P 滤波器，从而控制经过所述可调谐F-P滤波器的光谱带宽；可调谐F-P滤波器输 出的光信号进入耦合器后均分为两路输出，第一路光信号通过F-P标准具后进 入第一光电探测器，第二路光信号通过光环形器输出至依次串联的第一参考光 栅、第二参考光栅和光纤光栅加速度传感器，光纤光栅加速度传感器的反射光 再经光环形器后进入第二光电探测器；数据采集模块采集第一光探测器和第二 光探测器输出的光信号并上传上位机，上位机根据上传的采样信号进行光纤光 栅加速度传感器的波长解调。

所述的锯齿波信号发生器为由DSP控制芯片构成的幅值可调的锯齿波信号 发生器。

本发明提供的这种所述光纤光栅加速度传感器的波长解调系统的波长解调 方法，包括如下步骤：

S1.锯齿波信号发生器产生锯齿波扫描电压并输入可调谐F-P滤波器；

S2.对F-P标准具通道和光纤光栅加速度传感器的光谱进行同步数据采集；

S3.分别对步骤S2采集的F-P标准具通道和光纤光栅加速度传感器通道的 数据进行小波去噪；

S4.分别对步骤S3得到的小波去噪后的F-P标准具通道和光纤光栅加速度 传感器通道的数据进行寻峰计算；

S5.根据已知的第一参考光栅、第二参考光栅的波长值和步骤S4得到的寻 峰计算结果计算得到光纤光栅加速度传感器的波长解调结果。

步骤S1所述的产生锯齿波扫描电压，具体为采用如下步骤计算得到锯齿波 扫描电压值：

1)通过实验法找到锯齿波扫描电压的范围；所述锯齿波扫描的电压必须使 得在锯齿波扫描电压下可调谐F-P滤波器的透射波长的范围大于所述宽带光源 的光谱范围；

2)根据步骤1)得到的锯齿波的扫描范围和锯齿波信号发生器的特性，调 整锯齿波发生器的扫描电压范围。

步骤S3所述的对通道的数据进行小波去噪为对通道的数据进行小波可变阈 值函数去噪，具体为采用如下步骤进行小波去噪：

(1)选取小波基；

(2)确定分解尺度；

(3)得到小波系数；

(4)采用如下算式确定阈值：

式中λ即为确定的阈值，σ为噪声的均方根误差，N为信号长度，j为分解的尺 度；

(5)选取如下算式为阈值函数：

(6)进行小波重构，从而得到小波去噪后的重构信号。