[实用新型]一种同步多通道光纤光栅监测解调系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，可用于石油、化工、船舶的结构分析以及高速振动分析等领域，具体而言，涉及一种同步多通道光纤光栅监测解调系统。

背景技术

光纤光栅传感器是一种通过探测光信号波长的漂移量来测量被测参数如应变、位移、温度、压力、超声波、加速度变化的传感器，具有体积小、重量轻、抗电磁干扰以及可大规模组网实现实时分布式测量等一系列优点，并且光纤光栅传感器易于和光纤耦合，形成传感、通信一体化的综合网络系统，因此受到业界的广泛关注。

光纤光栅传感器实用化极为重要的一个环节是光纤光栅波长的解调方法。目前，对于光纤光栅的波长解调技术，传统手段是使用光谱仪、单色仪或者波长计等仪器；除此之外人们已经提出了一些新型的波长信息解调的方案，如马赫-曾德干涉仪法、可调谐法布里-泊罗滤波器法、匹配光纤光栅滤波器法等。但这些方法一般精度较低，通道数较少，可接入光纤光栅传感器的数量少且无法实现多通道解调。

为了扩大光纤光栅传感器监测系统的通道数，实现光纤光栅的多通道测量，有人提出采用时分复用技术，利用光开关控制光信号在一个时间段只进入一个光纤光栅传感器通道，在保证进入每个通道的光信号强度足够强的前提下，扩大了通道数量，从而实现了光纤光栅的多通道测量。但由于该监测系统使用了光开关，使得光电A/D解调模块接收到的由光纤光栅传感器反射的光信号产生于不同的时间，即该种多通道测量是不同步的。随着科技的进步，光开关的性能得到不断改良、光开关切换的速率也显著提高，但仍然无法实现真正意义上的同步监测，因此该解调系统只适用于静态或者慢变化信号的监测。

鉴于目前石油、化工、船舶等领域的特殊情况，对性能稳定可靠、价格低廉、同步多通道的监测有强烈需求，因此有必要设计一种能够实现对信号变化较快的动态参数进行同步多通道测量、同时可靠廉价的光纤光栅解调系统。

发明内容

针对上述需求，本实用新型提出了一种同步多通道光纤光栅监测解调系统，其成本低廉，并有效实现了光纤光栅传感系统的同步多通道测量，可以满足对信号变化较快的动态参数的监测需求。

本实用新型的基本原理是在利用波分复用技术的基础上采用时分复用技术，利用光开关实现了多通道监测，并利用光纤延迟线，实现了光信号的同步监测。

光纤延迟线利用了光在的光纤中传播时需要一定时间的原理，对长为L的光纤其延时为t=nL/C，n为纤芯有效折射率，L为光纤的长度，C为真空中光速。由此可见，不同的长度的光纤延迟线所带来的延时不同。但普通的光纤延迟线有一个缺点，就是光纤长度是固定的，不能根据延迟时间的需要随便改变，要改变延迟时间就得更换光纤，故本实用新型采用可开关光纤延迟线，可开关光纤延迟线可由（N-1）根光纤（其长度分别为L，2L，3L，（N-1）L不等）的两头分别连在一个开关矩阵（N×N维）的两边构成，该矩阵有N×N个交叉点，每个点可选择平行或交叉两种状态，这样选择光纤经过不同的回路，便可以获得不同的延迟。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种同步多通道光纤光栅监测解调系统，用以实现光纤光栅波长的同步多通道处理和解调，该系统包括：宽带光源、光环形器、1×4光开关、可开关光纤延迟线、串联的光纤光栅传感器阵列、光纤、光电A/D解调模块、控制主板、上位机PC，其中：

宽带光源的输出端与光环形器的输入端相连接，光环形器的第二端与1×4光开关的输入端相连接，1×4光开关的输出端对应四个通道的串联光纤光栅传感器阵列，在每一1×4光开关输出端与光纤光栅传感器阵列中间布有不同长度的可开关光纤延迟线，光环形器的第三端与光电A/D解调模块的输入端连接，光电A/D解调模块的另一端与控制主板连接，控制主板的另一端与上位机PC连接。

通过控制光开关实现每个时间段从宽带光源发出的光信号只进入一个通道，实现多通道监测的目的。通过使用不同长度的可开关光纤延迟线，使得光信号在进入每一通道后受到不同时长的延迟，使得不同通道的光信号同时到达光纤光栅传感器并得到反射光信号，实现光纤光栅传感器的同步测量。反射光信号在传输至光电A/D解调模块的过程中，将再次经过不同长度的可开关光纤延迟线，受到不同时长的延迟，继而使得不同通道的反射光信号到达光电A/D解调模块的时间存在一定的差异，每一通道光纤光栅传感器的监测信号将对应一个信号时序，光电A/D解调模块根据不同的时序可解调出各通道的监测信息。

本实用新型的有益效果是实现光纤光栅传感系统的同步多通道测量，并且性能可靠、精度较高，同时还具有成本低、重复性好、结构简单的优点。

附图说明