[发明专利]数字化光纤光栅解调仪表及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种数字化光纤光栅解调仪表。

背景技术

随着光纤光栅解调技术的进步，光纤光栅解调仪的应用范围和可靠性在不断提高。但是任何技术发展的终点往往是被更新的技术替代。基于F-P解调技术的光纤光栅解调仪，普遍采用模拟比较的传统解调方法，速度慢、精度低且可供分析的样本数少。对比模拟比较法，采用数字化实现的光纤光栅解调仪表具有明显的优势。

多通道光纤光栅解调仪普遍采用F-P腔作为核心光器件，其解调原理采用时域分析方法，利用F-P在不同电压下通过的波长不同而获得扫频输出，同时利用标准具（梳状滤波器）获得时域上定波长脉冲。在假定光纤光栅与仪表之间无时延情况下，将光纤光栅的反射脉冲和标准具的标准脉冲进行时域比对，曲线拟合获得波长值。目前通行采用模拟比较法进行波长解调，其特点是开发周期短，上手容易，但是由于模拟比较电路存在调试困难，现场应用难度高，造成在工程中应用情况不佳。

随着光纤光栅传感技术在电力、桥梁、隧道、消防、铁路等多个行业的应用，市场对高测量精度、高速度、高可靠性的解调仪表有巨大需求。数字化仪表的核心是数字采样、数字处理，目前的仪表很难达到要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中对采用模拟比较法进行波长解调无法满足实际应用中对精度和速度需求的缺陷，提供一种高精度、高速的数字化光纤光栅解调仪表。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种数字化光纤光栅解调仪表，包括扫频激光器、1×N分路器、光纤光栅传感器阵列、光电转换模块和数字化采样和信号处理模块，其中：

扫频激光器，其输出端连接1×N分路器，用于按时间轴数据输出扫频激光；

1×N分路器，与扫频激光器的输出端连接，用于将扫频激光等分传送至N个光纤光栅传感器阵列，N为自然数；

光纤光栅传感器阵列，与1×N分路器和光电转换模块连接，用于感知待测参量的变化，其反射光路经1×N分路器输送到光电转换模块；

光电转换模块，与1×N分路器相连，用于将从所述1×N分路器接收的光信号转换为电信号，并发送至数字化采样和信号处理模块；

数字化采样和信号处理模块，与光电转换模块连接，用于将光电转换模块送来的模拟电信号进行数字采样和滤波，以及根据滤波后的信号解调出波长数据并对外发送。

本发明所述的数字化光纤光栅解调仪表中，所述数字化采样和信号处理模块包括模数转换器、FPGA、处理器和通讯接口，其中，模数转换器用于将光电转换模块送来的模拟电信号进行数字采样，再发送给FPGA进行数字滤波，采用最小二项式迭代法则计算出峰值位置，并换算为波长数据，发送给处理器，处理器再将波长数据通过通信接口对外发送。

本发明所述的数字化光纤光栅解调仪表中，所述光电转换模块包括N个光电探测器和N个对数放大器，每个光电探测器均与一个对数放大器连接。

本发明所述的数字化光纤光栅解调仪表中，所述光电探测器为同轴探测器。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

提供一种数字化光纤光栅解调方法，其特征在于，包括以下步骤：

扫频激光器的输出波长根据时间顺序进行激射；

扫频激光器的输出光经过分路器传送给不同的光纤光栅传感器阵列；

将光纤光栅传感器阵列反射的光信号进行实时采样并转换为数字信号；

对数字信号进行滤波，得到干净的峰值脉冲序列；

对峰值脉冲序列采用最小二项式迭代法则计算出峰值位置并换算为波长数据；

将波长数据通过通信接口向外发送。

本发明产生的有益效果是：本发明通过数字化的解调方法对光纤光栅传感器阵列反射的光信号进行实时采样并转换为数字信号，滤波后采用最小二项式迭代法则计算出峰值位置并换算为波长数据，最后通过通信接口将波长数据对外发送，从而实现波长的数字化解调，提高了解调的精度和速度，可满足实际应用中所要求的精度和速度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例数字化光纤光栅解调仪表的结构示意图；

图2是本发明实施例光电转换模块的结构示意图；

图3是本发明实施例数字化采样和信号处理模块的结构示意图；

图4是本发明实施例数字化光纤光栅解调方法的流程图；

图5是本发明实施例数字化光纤光栅解调方法中有偏置和减去偏置后的脉冲序列对比示意图；