[发明专利]一种相关算法的光纤光栅反射谱解调系统

说明书

本发明提供了一种相关算法的光纤光栅反射谱解调系统，所述系统包括宽带光源、50:50耦合器、传感光纤和光纤光栅解调仪，其中传感光纤中串有多个不同反射中心波长的FBG传感器，光宽带光源的光通过具有一定带宽的50:59耦合器入射到传感光纤中，不同反射中心波长的FBG传感器因布拉格条件的作用，满足其条件的波长被反射，不满足的波长的光透射；外界的参量就被调制到反射波长中，经由耦合器进入解调仪中进行解调。

本申请是申请日为2016年5月24日，申请号为CN201610349040.6，发明名称为一种基于信号相关匹配的光纤光栅反射谱解调算法的分案申请。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体涉及一种相关算法的光纤光栅反射谱解调系统。

背景技术

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)传感器已经迅速成为优良传感器元件，能够测量温度，应变和压力等多种物理量。它具有灵敏度高、不受电磁干扰、防水性能好、体积小、重量轻、可靠性高、可埋入复合材料等优点。FBG通过外界参量对反射中心波长进行调制来获得传感信息。因此，FBG传感系统解调的关键是测量其反射峰中心波长的变化。目前，FBG中心波长解调方法可以分为两类：(1)基于光栅衍射分光光谱测量或者可调谐激光器扫描的方法，如采用CCD检测，可调谐滤波器等；(2)采用固定滤波器，如边缘滤波法等。使用可调谐激光器存在检测速度慢，系统成本高等问题；边缘滤波法存在多点复用不便、范围与精度存在矛盾等问题。利用平面光栅或体光栅的CCD检测方法因为其光谱检测速度快，系统成本低，多点复用简单等优点从而得到广泛应用。

但这种方法得到的寻峰解调结果与FBG反射谱分辨率有直接关系。而常用的采用256像素的CCD测量波长范围为1524.5～1570nm，此时的系统光学分辨率约为0.178nm。而经过标定的FBG应变传感系统的波长漂移量约为1.14pm/με。此时，CCD的光学分辨率远低于系统所需的波长分辨率。因此为了得到这种微小变化，通常需要对CCD输出的数据进行算法处理，最常见的是拟合算法，如高斯拟合算法等。但这种算法存在非常明显的缺点：(1)过分依赖得到的数据，抗噪能力差；(2)因封装等原因造成的FBG反射谱同标准函数差别较大，导致拟合误差较大。

因此，需要一种提高波长测量误差稳定性和低信噪比下解调精度的解调系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相关算法的光纤光栅反射谱解调系统，所述系统包括宽带光源、50:50耦合器、传感光纤和光纤光栅解调仪，其中

传感光纤中串有多个不同反射中心波长的FBG传感器，光宽带光源的光通过具有一定带宽的50:50耦合器入射到传感光纤中，不同反射中心波长的FBG传感器因布拉格条件的作用，满足其条件的波长被反射，不满足的波长的光透射；

外界的参量就被调制到反射波长中，经由耦合器进入解调仪中进行解调。

所述光纤光栅解调仪基于多级衍射光栅及线阵红外CCD原理，光路采用透射光栅色散原理，把反射光谱进行色散处理后投射到线阵光电探测器感光面上；

在线阵光电探测器不同像元上对反射光谱进行光电转换，将光谱信息转换为电信号。

一种基于相关算法的光纤光栅反射谱解调算法，包括：a)从光谱仪获得高精度、高光谱分辨率的光纤光栅反射谱作为离散自相关函数中的基序列f₁(n)；b)再将解调仪采到的光纤光栅反射谱进行预寻峰，解调仪采到的光纤光栅反射谱进行补零得到与基序列相同长度的序列f₂(n)；c)基序列f₁(n)和解调仪采到的补零后得到的序列f₂(n)，可以视为同一序列在不同时间的结果，因此通过对两个序列进行自相关计算：

d)将自相关函数与f₂(n)序列对齐后，自相关函数R(n)最大值的位置就是峰值的位置；e)结果输出。