一種光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，包括：窄線寬激光器，給整個(gè)解調(diào)系統(tǒng)提供窄線寬激光光源；電光/聲光調(diào)制器，根據(jù)射頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)所述激光光源進(jìn)行調(diào)制；射頻信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)；電光相位調(diào)制器，根據(jù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦調(diào)制信號(hào)對(duì)調(diào)制后的所述激光光源進(jìn)行相位調(diào)制；相位調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生正弦調(diào)制信號(hào)；耦合器，將所述相位調(diào)制后的激光光源分為兩路；第一、第二光纖光柵傳感器，在所述兩路光源的掃描下產(chǎn)生兩路光纖光柵反射譜；光電探測器，將所述兩路光纖光柵反射譜進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)采集卡，輸出兩路光纖傳感數(shù)字信號(hào)；應(yīng)變解調(diào)模塊，用于對(duì)所述兩路光纖傳感數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
【專利說明】一種光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和PDH鎖頻傳感技術(shù)的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近二十多年來，光纖光柵(FBG)傳感器一直是光纖傳感領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，已經(jīng)在智能材料與結(jié)構(gòu)的應(yīng)變測量中的獲得廣泛的應(yīng)用。光纖光柵傳感器具有尺寸小、響應(yīng)速度快、大范圍的線性響應(yīng)、易復(fù)用等諸多優(yōu)勢，市場上廣泛使用的FBG應(yīng)變解調(diào)儀的應(yīng)變測量精度一般為I μ ε，能夠滿足一般的應(yīng)用要求。但是，如果要將FBG應(yīng)用于地形變觀測中，其應(yīng)變觀測精度必須在IOn ε以上，同時(shí)系統(tǒng)需要滿足低頻測量要求，并且要求具有較大的動(dòng)態(tài)范圍。這對(duì)提高光纖光柵的應(yīng)變測量分辨率和動(dòng)態(tài)范圍提出了要求。
[0003]目前，人們提出了很多提高FBG的應(yīng)變測量精度的方法，比如采用相移光纖光柵、光纖光柵法珀干涉儀替代普通的光纖光柵，采用PDH激光鎖頻技術(shù)提高光纖光柵測量精度等。其中，結(jié)合PDH激光鎖頻技術(shù)，光纖光柵能夠獲得極高的應(yīng)變測量精度。最早將PDH激光鎖頻技術(shù)用于光纖光柵(FBG)FFP的應(yīng)力應(yīng)變測量，是2005年澳大利亞國立大學(xué)的 Jong H.Chow 等人(J.H.Chow, et al., “Demonstration of a passive subpicostrainfiber strain sensor, ” Optics letters, 2005),理論上分析了應(yīng)變測量分辨率能小于P ε / V Hz (IOOHz-1OOkHz)。同時(shí),意大利的G.Gagliardi等人也做了這方面的研究，并且與 Jong H.Chow 進(jìn)行了合作，獲得了 150ρ ε / V Hz (680Ηζ)、20ρ ε / V Hz (13kHz)應(yīng)變分辨率(G.Gagliardi, et al., “Fiber Bragg-grating strain sensor interrogation usinglaser radio-frequency modulation, ^Optics Express, 2005)。2008 年 D.Gatti 首次將 π相移光纖光柵和PDH技術(shù)結(jié)合，在高頻段實(shí)現(xiàn)了分辨率5ρ ε / V Hz的應(yīng)變測量(D.Gatti,et al., “Fiber strain sensor basedOn a p1-phase-shifted Bragg grating and thePound-Drever-HalI technique, ” Opt.Express, 2008)。
[0004]可見，這些技術(shù)，大多都是用于高頻(動(dòng)態(tài))信號(hào)的測量，很少適用于低頻(準(zhǔn)靜態(tài))信號(hào)的測量。對(duì)于FBG而言，實(shí)現(xiàn)高精度的靜態(tài)應(yīng)變測量顯得更加困難。之所以高精度的靜態(tài)應(yīng)變獲取相對(duì)于動(dòng)態(tài)應(yīng)變要困難，是因?yàn)閯?dòng)態(tài)傳感可以以自身作為參考，而靜態(tài)應(yīng)變必須與其他的標(biāo)準(zhǔn)作對(duì)比，比如穩(wěn)定的頻率成分、不受應(yīng)變作用的傳感頭等。2011年以來，日本東京大學(xué)的Qinwen Liu等人將該項(xiàng)技術(shù)引入了地殼形變觀測中，實(shí)現(xiàn)了 5.8η ε / V Hz 的超低頻準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變測量(Q.Liu, et al., “Ultra-high-resolutionlarge-dynamic-range optical fiber static strain sensor using Pound-Drever-HalItechnique, ”0ptics letters, 2011)。但是，由于這里采用了可調(diào)諧激光器,其線性度限制了最終的應(yīng)變測量分辨率；并且，可調(diào)諧激光器的調(diào)諧范圍有限，限制了應(yīng)變測量的動(dòng)態(tài)范圍；同時(shí)，可調(diào)諧激光器的價(jià)格昂貴，這都限制了該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。
[0005]鑒于此，本發(fā)明提出一種基于激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和PDH鎖頻傳感技術(shù)的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，采用激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和光濾波技術(shù)，結(jié)合I3DH鎖頻傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度、大動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)變測量，并重點(diǎn)解決鎖頻傳感中可調(diào)諧激光器價(jià)格昂貴，可調(diào)諧激光器掃描線性度不佳導(dǎo)致應(yīng)變測量精度受限、可調(diào)諧激光器掃描范圍受限應(yīng)變測量動(dòng)態(tài)范圍較小等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種基于激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和邊帶詢問技術(shù)的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，采用激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和光濾波技術(shù)，結(jié)合PDH鎖頻傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度、大動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)變測量，并重點(diǎn)解決鎖頻傳感中可調(diào)諧激光器價(jià)格昂貴，可調(diào)諧激光器掃描線性度不佳導(dǎo)致應(yīng)變測量精度受限、可調(diào)諧激光器掃描范圍受限應(yīng)變測量動(dòng)態(tài)范圍較小等問題。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明公開了一種高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括:
[0010]窄線寬激光器，用于給整個(gè)解調(diào)系統(tǒng)提供窄線寬激光光源；
[0011]電光/聲光調(diào)制器，用于根據(jù)射頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)所述激光光源進(jìn)行調(diào)制，使其產(chǎn)生頻移；
[0012]射頻信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)；
[0013]電光相位調(diào)制器，用于根據(jù)射頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦調(diào)制信號(hào)對(duì)調(diào)制后的所述激光光源進(jìn)行相位調(diào)制，產(chǎn)生兩個(gè)邊帶激光和一個(gè)主頻激光；
[0014]相位調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生正弦調(diào)制信號(hào)；
[0015]耦合器，用于將所述相位調(diào)制后的激光光源分為兩路；
[0016]環(huán)行器，用于將所述兩路激光光源分別輸出至第一、第二光纖光柵傳感器，并將所述第一、第二光纖光柵傳感器反射回來的光傳入探測器；
[0017]第一、第二光纖光柵傳感器，用于接受外界應(yīng)變、溫度信號(hào)，并在所述兩路光源的掃描下產(chǎn)生兩路光纖光柵反射譜；
[0018]光電探測器，用于將所述兩路光纖光柵反射譜進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生兩路電信號(hào)；
[0019]數(shù)據(jù)采集卡，用于對(duì)所述兩路電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出兩路光纖傳感數(shù)字信號(hào);
[0020]應(yīng)變解調(diào)模塊，用于對(duì)所述兩路光纖傳感數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
[0021](三)有益效果
[0022]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]1、本發(fā)明提供的一種基于激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和PDH鎖頻傳感技術(shù)的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，采用激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和光濾波技術(shù)的方案實(shí)現(xiàn)激光線性可調(diào)諧，而不需要可調(diào)諧的激光器，大大減小了系統(tǒng)的造價(jià)。
[0024]2、本發(fā)明提供的一種基于激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和邊帶詢問技術(shù)的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，采用高精度射頻信號(hào)發(fā)生器，結(jié)合電光/聲光調(diào)制和光纖濾波實(shí)現(xiàn)激光調(diào)諧，可以解決可調(diào)諧激光器掃描線性度不佳導(dǎo)致應(yīng)變測量精度受限、可調(diào)諧激光器掃描范圍受限應(yīng)變測量動(dòng)態(tài)范圍較小等問題，提高PDH鎖頻傳感技術(shù)中光纖光柵應(yīng)變測量的精度和動(dòng)態(tài)范圍。【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明提供的基于激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和TOH鎖頻傳感技術(shù)的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)的流程圖；
[0026]圖2為本發(fā)明提供的應(yīng)變解調(diào)算法的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0028]請(qǐng)參照?qǐng)D1，其中圖1為本發(fā)明提供的一種基于激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)和TOH鎖頻傳感技術(shù)的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]如圖1所示，該高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)包括:
[0030]窄線寬激光器1，用于給整個(gè)解調(diào)系統(tǒng)提供窄線寬激光光源；
[0031]電光/聲光調(diào)制器2，用于根據(jù)射頻信號(hào)發(fā)生全3產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)窄線寬激光器I的輸出的激光進(jìn)行調(diào)制，使激光光源發(fā)生大范圍的頻移，其與窄線寬激光器組合，可以替代窄線寬可調(diào)諧激光器的頻率可調(diào)諧的功能；
[0032]射頻信號(hào)發(fā)生器3，用于產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)，給電光/聲光調(diào)制器提供調(diào)制信號(hào)，使被調(diào)制的激光按照線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的規(guī)律(如鋸齒波、三角波)產(chǎn)生頻移；
[0033]窄線寬光纖濾波器4，用于對(duì)被調(diào)制的激光光源進(jìn)行濾波，獲得一定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的單邊帶的激光光源；
[0034]電光相位調(diào)制器5，用于根據(jù)所述信號(hào)發(fā)生器6產(chǎn)生的正選調(diào)制信號(hào)對(duì)獲得的單邊帶的激光進(jìn)行相位調(diào)制，使其產(chǎn)生兩個(gè)邊帶激光、一個(gè)主頻激光；
[0035]相位調(diào)制信號(hào)發(fā)生器6，用于產(chǎn)生正弦調(diào)制信號(hào)，給電光相位調(diào)制器提供調(diào)制信號(hào);
[0036]隔離器7，位于電光相位調(diào)制器5的光路后面，用于隔離光路反射回來的光，保護(hù)窄線寬激光器；
[0037]耦合器8，位于所述隔離器7的光路后面，用于將光源分為兩路，以給兩路光纖光柵傳感器提供光源，以便掃描兩路光纖光柵傳感器產(chǎn)生的反射譜；
[0038]第一、第二環(huán)行器9，分別用于將所述兩路光源傳輸至兩路光纖光柵傳感器，同時(shí)將兩路光纖光柵反射回來的光傳入探測器；
[0039]第一、第二偏振控制器10，由于兩路光纖光柵都具有兩個(gè)正交的偏振態(tài)，我們可以通過偏振控制器10消除兩路光纖光柵傳感器中每個(gè)光纖光柵反射譜的一個(gè)偏振態(tài)對(duì)測量結(jié)果的影響；
[0040]第一、第二光纖光柵傳感器11，用于接受外界應(yīng)變、溫度信號(hào)，并分別在所述兩路光源的掃描下產(chǎn)生反射譜(拍頻TOH信號(hào))；其中，所述第一光纖光柵傳感器可作為參考光纖光柵傳感器，所述第二光纖光柵傳感器作為傳感光纖光柵傳感器，所述參考光纖光柵傳感器可以以不接受外界應(yīng)變信號(hào)的方式設(shè)置，而傳感光纖光柵傳感器以接受外界應(yīng)變的方式設(shè)置，參考光纖光柵用于對(duì)傳感光纖光柵進(jìn)行溫度和環(huán)境干擾補(bǔ)償，且所述第一、第二光纖光柵傳感器具有相同的技術(shù)參數(shù)；[0041]光電探測器12，用于對(duì)所述兩路光纖光柵傳感器反射回來的反射譜進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，輸出電信號(hào)；
[0042]數(shù)據(jù)采集卡13，用于對(duì)探測器輸出的電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出光纖應(yīng)變傳感數(shù)
字信號(hào);
[0043]應(yīng)變解調(diào)模塊14，用于對(duì)所述光纖應(yīng)變傳感數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到兩個(gè)反射譜之間的波長差；由于所述波長差對(duì)應(yīng)于第二光纖光柵傳感器即傳感光纖光柵傳感器的應(yīng)變信號(hào)，因此獲得所述波長差就意味著獲得了外界應(yīng)變信號(hào)；
[0044]計(jì)算機(jī)15，用于對(duì)光纖應(yīng)變傳感信號(hào)進(jìn)行顯示，并對(duì)射頻信號(hào)發(fā)生器3、信號(hào)發(fā)生器6進(jìn)行控制。
[0045]在本發(fā)明中，整個(gè)系統(tǒng)的傳感原理是采用PDH鎖頻傳感技術(shù)，即首先通過所述激光線性掃頻調(diào)制方法獲得窄線寬可調(diào)諧激光，在利用該激光掃描兩個(gè)光纖光柵傳感器的反射峰，再通過所述光路監(jiān)測兩個(gè)光纖光柵的拍頻TOH信號(hào)(PDH信號(hào)的位置反映了光纖光柵的反射峰位置)，并對(duì)兩個(gè)拍頻PDH信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算、計(jì)算互相關(guān)結(jié)果的峰值位置(即計(jì)算兩路光纖光柵PDH信號(hào)的位置差)，再通過計(jì)算互相關(guān)結(jié)果的峰值位置反推得到傳感光纖光柵的波長漂移(互相關(guān)結(jié)果的峰值位置與傳感光纖光柵的波長漂移量具有線性關(guān)系)，進(jìn)而獲得外界的應(yīng)變值。
[0046]所述窄線寬激光器I可以是光纖激光器、也可以是半導(dǎo)體激光器，具有保偏輸出。這里，采用激光線性掃頻調(diào)制技術(shù)替代了商用的可調(diào)諧激光器的頻率可調(diào)諧功能，因此激光光源不需要具有頻率可調(diào)諧功能，可以減小光源的成本。
[0047]在本發(fā)明中，所述的電光/聲光調(diào)制器2，由射頻信號(hào)發(fā)生器3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以是電光幅度調(diào)制器、電光相位調(diào)制器、聲光調(diào)制器等，具有較高的帶寬；另外，這里需要根據(jù)調(diào)制器的技術(shù)參數(shù)，使調(diào)制后的激光的主頻、二階邊帶及以上邊帶能量最小，僅保留兩個(gè)第一階邊帶；并且，其中一個(gè)第一階邊帶可以通過窄線寬光纖濾波器4濾掉。采用電光/聲光調(diào)制器2，其目的是實(shí)現(xiàn)窄線寬激光光源的可調(diào)諧功能，以替代目前商用的可調(diào)諧激光器的功能；這一技術(shù)的特點(diǎn)在于，實(shí)現(xiàn)的激光頻移量可以優(yōu)于目前基于壓電陶瓷的可調(diào)諧激光器的頻率調(diào)諧量，并且具有更高的頻率可調(diào)諧一致性。
[0048]在本發(fā)明中，所述的射頻信號(hào)發(fā)生器3，用于產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)，給電光/聲光調(diào)制器提供調(diào)制信號(hào)，使被調(diào)制的激光按照線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的規(guī)律產(chǎn)生頻移。這樣要求射頻信號(hào)發(fā)生器3具有較高的電壓分辨率以滿足對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生頻率可調(diào)諧的高一致性要求；同時(shí)，射頻信號(hào)發(fā)生器3的帶寬需要覆蓋激光被調(diào)制的整個(gè)帶寬。
[0049]在本發(fā)明中，所述的窄線寬光纖濾波器4，用于對(duì)被電光/聲光調(diào)制器2調(diào)制的激光光源進(jìn)行濾波，獲得一定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的單邊帶的激光光源。窄線寬光纖濾波器4與窄線寬激光器I具有相同的中心波長；并且，其帶寬需要覆蓋激光被調(diào)制的整個(gè)帶寬；電光/聲光調(diào)制器2當(dāng)采用單邊帶電光/聲光調(diào)制器時(shí)，可以免去使用窄線寬光纖濾波器4。
[0050]在本發(fā)明中，所述的電光相位調(diào)制器5，用于對(duì)單邊帶的激光進(jìn)行相位調(diào)制，再使其產(chǎn)生兩個(gè)邊帶激光、一個(gè)主頻激光。這三束光同時(shí)進(jìn)入光纖光柵傳感器中，發(fā)生拍頻；整個(gè)傳感系統(tǒng)，是通過監(jiān)測拍頻信號(hào)來實(shí)現(xiàn)傳感的。電光相位調(diào)制器5的帶寬，需要大于光纖光柵傳感器的帶寬。
[0051]在本發(fā)明中，所述的信號(hào)發(fā)生器6，用于產(chǎn)生正弦調(diào)制信號(hào)，給電光相位調(diào)制器提供調(diào)制信號(hào)；信號(hào)發(fā)生器6的帶寬需要與電光相位調(diào)制器5相一致。
[0052]在本發(fā)明中，所述的隔離器7，用于隔離光路反射回來的光，保護(hù)窄線寬激光器；耦合器8，用于將光源分為兩路，以給兩路光纖光柵傳感器提供光源；環(huán)行器9，用于將光纖光柵反射回來的光傳入探測器；偏振控制器10，用于消除光纖光柵反射譜中一個(gè)偏振態(tài)對(duì)測量結(jié)果的影響；光電探測器12，用于對(duì)光纖光柵傳感器反射回來的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)采集卡13，用于對(duì)探測器的模擬電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；計(jì)算機(jī)15，用于對(duì)光纖應(yīng)變傳感信號(hào)進(jìn)行顯示，并對(duì)射頻信號(hào)發(fā)生器3、信號(hào)發(fā)生器6進(jìn)行控制。
[0053]在本發(fā)明中，所述的應(yīng)變解調(diào)裝置14，用于對(duì)光纖應(yīng)變傳感信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。這里，應(yīng)變解調(diào)裝置14用于提取TOH信號(hào)(反映光纖光柵的反射峰位置)、計(jì)算兩路光纖光柵對(duì)應(yīng)的PDH信號(hào)的互相關(guān)以及互相關(guān)結(jié)果的峰值位置，所述互相關(guān)值峰值對(duì)應(yīng)的位置即為兩路光纖光柵信號(hào)的波長差。
[0054]在本發(fā)明中，所述光纖光柵應(yīng)變傳感器11，可以采用光纖光柵法珀式干涉儀、相移光纖光柵，也可以使用其他干涉式光纖傳感器；同時(shí)使用的兩個(gè)光纖傳感器一個(gè)作為參考、一個(gè)作為傳感，并且兩個(gè)傳感器具有相同的技術(shù)指標(biāo)(如反射率、帶寬、自由譜長度、溫度敏感系數(shù)等)。
[0055]在本發(fā)明中，所述的兩個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器11應(yīng)該處于溫度相對(duì)恒定、噪聲較小的環(huán)境中，保證解調(diào)結(jié)果的正確性。
[0056]請(qǐng)參照?qǐng)D1，該光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)的工作原理為:首先，通過窄線寬激光器1、電光/聲光調(diào)制器2、射頻信號(hào)發(fā)生器3和窄線寬光纖濾波器的組合實(shí)現(xiàn)高線性度的可調(diào)諧單頻激光光源，以替代商用的可調(diào)諧激光器；其次，采用典型的PDH鎖頻傳感技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)高精度的光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)，即通過可調(diào)諧激光光源掃描兩個(gè)光纖光柵的反射峰，再通過所述光路監(jiān)測兩個(gè)光纖光柵的拍頻TOH信號(hào)(PDH信號(hào)的位置反映了光纖光柵的反射峰位置)，并對(duì)兩個(gè)拍頻TOH信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算、計(jì)算互相關(guān)結(jié)果的峰值位置(即計(jì)算兩路光纖光柵TOH信號(hào)的位置差)，再通過計(jì)算互相關(guān)結(jié)果的峰值位置反推得到傳感光纖光柵的波長漂移(互相關(guān)結(jié)果的峰值位置與傳感光纖光柵的波長漂移量具有線性關(guān)系)，進(jìn)而獲得外界的應(yīng)變值。TOH鎖頻傳感技術(shù)的一大特點(diǎn)是通過監(jiān)測光外差信號(hào)(拍頻TOH信號(hào))的漂移來實(shí)現(xiàn)傳感解調(diào)，解調(diào)結(jié)果不受光強(qiáng)擾動(dòng)影響。
[0057]請(qǐng)參照?qǐng)D2，在本發(fā)明中，所采用的應(yīng)變解調(diào)模塊14采用傳統(tǒng)的PDH信號(hào)解調(diào)模塊，包括設(shè)置延時(shí)模塊16、相乘模塊17、低通濾波模塊18、對(duì)獲得的兩路TOH信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)處理模塊19。
[0058]延時(shí)模塊16,用于補(bǔ)償相位信號(hào)發(fā)生器6的延時(shí)；
[0059]相乘模塊17，用于分別將兩路光纖傳感數(shù)字信號(hào)和相位信號(hào)發(fā)生器6的經(jīng)過延時(shí)模塊16延時(shí)處理后的正弦調(diào)制信號(hào)相乘，相乘結(jié)果分別經(jīng)過兩個(gè)低通濾波模塊18 ；
[0060]低通濾波模塊18，用于對(duì)所述相乘結(jié)果進(jìn)行低通濾波，以獲得拍頻TOH信號(hào)；
[0061]互相關(guān)處理模塊19，用于對(duì)低通濾波模塊18輸出的兩路拍頻TOH信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，并通過計(jì)算互相關(guān)結(jié)果的峰值位置換算得到外界應(yīng)變值。
[0062]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 窄線寬激光器，用于給整個(gè)解調(diào)系統(tǒng)提供窄線寬激光光源； 電光/聲光調(diào)制器，用于根據(jù)射頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)對(duì)所述激光光源進(jìn)行調(diào)制，使其產(chǎn)生頻移； 射頻信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)； 電光相位調(diào)制器，用于根據(jù)射頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦調(diào)制信號(hào)對(duì)調(diào)制后的所述激光光源進(jìn)行相位調(diào)制，產(chǎn)生兩個(gè)邊帶激光和一個(gè)主頻激光； 相位調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生正弦調(diào)制信號(hào)； 耦合器，用于將所述相位調(diào)制后的激光光源分為兩路； 環(huán)行器，用于將所述兩路激光光源分別輸出至第一、第二光纖光柵傳感器，并將所述第一、第二光纖光柵傳感器反射回來的光傳入探測器； 第一、第二光纖光柵傳感器，用于接受外界應(yīng)變、溫度信號(hào)，并在所述兩路光源的掃描下產(chǎn)生兩路光纖光柵反射譜； 光電探測器，用于將所述兩路光纖光柵反射譜進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生兩路電信號(hào)； 數(shù)據(jù)采集卡，用于對(duì)所述兩路電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出兩路光纖傳感數(shù)字信號(hào)； 應(yīng)變解調(diào)模塊，用于對(duì)所述兩路光纖傳感數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述窄線寬激光器包括光纖激光器或半導(dǎo)體激光器，且具有保偏輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述電光/聲光調(diào)制器包括電光幅度調(diào)制器、電光相位調(diào)制器或聲光調(diào)制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述電光/聲光調(diào)制器為單邊帶電光/聲光調(diào)制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，其還包括: 窄線寬光纖濾波器，用于對(duì)被電光/聲光調(diào)制器調(diào)制的激光光源進(jìn)行濾波，獲得預(yù)定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的單邊帶激光光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述窄線寬光纖濾波器與所述窄線寬激光器具有相同的中心波長，且其帶寬覆蓋窄線寬激光器的整個(gè)帶寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，其還包括: 隔離器，位于所述電光相位調(diào)制器光路后面，用于隔離反射回來的光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，其還包括:偏振控制器，用于消除兩路光纖光柵傳感器產(chǎn)生的光纖光柵反射譜中一個(gè)偏振態(tài)對(duì)測量結(jié)果的影響。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，其還包括: 計(jì)算機(jī)，用于顯示應(yīng)變解調(diào)模塊得到的解調(diào)結(jié)果，并對(duì)所述射頻信號(hào)發(fā)生器和相位調(diào)制信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)變解調(diào)模塊從所述兩路光纖傳感數(shù)字信號(hào)提取拍頻roH信號(hào)，并對(duì)所提取的兩路拍頻TOH信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，通過計(jì)算互相關(guān)結(jié)果的峰值位置獲得外界應(yīng)變值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高精度光纖光柵低頻應(yīng)變傳感解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)變解調(diào)模塊包括: 延時(shí)模 塊:用于補(bǔ)償所述相位調(diào)制信號(hào)發(fā)生器的延時(shí)； 相乘模塊:用于分別將兩路光纖傳感數(shù)字信號(hào)和所述相位調(diào)制信號(hào)發(fā)生器的經(jīng)過所述延時(shí)模塊延時(shí)處理后的正弦調(diào)制信號(hào)相乘，相乘結(jié)果分別經(jīng)過兩個(gè)低通濾波模塊； 低通濾波模塊:用于對(duì)所述相乘結(jié)果進(jìn)行低通濾波，以獲得拍頻TOH信號(hào)； 互相關(guān)處理模塊:用于對(duì)低通濾波模塊輸出的兩路拍頻PDH進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，并通過計(jì)算互相關(guān)結(jié)果的峰值位置換算得到外界應(yīng)變值。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK103940361SQ201410180646
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】黃穩(wěn)柱, 張文濤, 李芳
申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所