如何选购性价比高的光纤光栅解码器的通道波长解调仪

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-11-05 02:20 标签： 光纤光栅解码器的通道

本发明属于光纤传感技术领域涉及一种光纤光栅解码器的通道解调仪器及方法，具体涉及一种基于低细度光学干涉仪的光纤光栅解码器的通道解调仪器及方法

光纤光柵解码器的通道传感器可对温度或者应变进行测量，具有体积小、灵敏度高、本质安全、抗电磁干扰、准分布测量、可批量生产和便于组網等优势已在火灾监测、结构健康监测和石化安全监测等领域得到了广泛应用。

光纤光栅解码器的通道的折射率空间分布周期随外部因素(如温度、应变等)发生变化引起反射光的中心波长发生移动，因此对光纤光栅解码器的通道的解调主要采用波长解调法目前主要的光纖光栅解码器的通道传感器解调方法有：非平衡马赫曾德干涉解调法、光谱分析仪解调法、可调谐滤波器解调法和扫描激光解调法。非平衡马赫曾德干涉解调法是利用臂长不同的马赫曾德干涉仪将光纤光栅解码器的通道传感器反射光的波长变化转化为参考臂输出光和测量臂輸出光之间的相位差变化通过测量相位差即可确定光纤光栅解码器的通道的波长漂移量。这种解调方法具有较高的灵敏度和分辨率但幹涉仪本身容易受到外界温度和震动等因素干扰，产生较大误差光谱分析仪解调法、可调谐滤波器解调法和扫描激光解调法的实质都是通过色散分光或者波长扫描的方式获得光栅反射光的光谱，通过寻峰算法计算出峰值对应波长再根据标定的线性方程解调出温度或者应變量。这些基于光谱测量的波长解调法具有解调精度高、不受光源功率和光路损耗变化影响、可实现准分布复用测量等优势是目前光纤咣栅解码器的通道传感器在工程应用中的主流解调技术。但这些基于光谱测量的波长解调法需要采用昂贵的波长扫描器件或者光纤光谱仪无法在一些对成本敏感的温度/应变检测领域中得到应用。因而设计一种结构简单、成本较低的光纤光栅解码器的通道解调仪器对于拓寬光纤光栅解码器的通道的应用范围具有重要的意义。

本发明的目的在于提出一种光纤光栅解码器的通道解调仪器及方法旨在简化光纤咣栅解码器的通道解调仪器的结构，进一步降低解调仪器的成本为光纤光栅解码器的通道拓展更大的应用空间。

本发明的原理如下：宽譜光被光纤光栅解码器的通道反射经光纤斜入射到基于薄玻璃片的低细度光学干涉仪后，产生近似双光束干涉条纹在图像传感器表面形成线性变化的光程差分布，通过高精度相位解调法计算出干涉条纹的空间相位再根据光纤光栅解码器的通道中心波长的倒数与空间相位的线性关系，解调出光纤光栅解码器的通道的中心波长

一种光纤光栅解码器的通道解调仪器，包括宽谱光源1、环形器2、光纤3、光纤光柵解码器的通道传感器4、薄玻璃片5、图像传感器6、控制与信号处理电路7和触摸屏8；宽谱光源1发射的宽谱光经环形器2入射到光纤3中的光纤光柵解码器的通道传感器4；光纤光栅解码器的通道传感器4的反射光经环形器2后入射到薄玻璃片5从薄玻璃片5表面反射的空间发散光被图像传感器6接收；触摸屏8将解调参数发送给控制与信号处理电路7；控制与信号处理电路7采集图像传感器6的图像，处理后在触摸屏8上显示

一种光纖光栅解码器的通道解调方法，光纤光栅解码器的通道反射光经基于薄玻璃片的低细度光学干涉仪后产生近似双光束干涉图像，通过空間相位解调法解调出光纤光栅解码器的通道的中心波长；具体步骤如下：

首先宽谱光源1发射的宽谱光经环形器2入射到光纤3中的光纤光栅解碼器的通道传感器4；光纤光栅解码器的通道传感器4的反射光经过环形器2后入射到薄玻璃片5入射到薄玻璃片5上的空间发散光在薄玻璃片5的仩表面和下表面分别发生反射；薄玻璃片5上表面和下表面的反射光在图像传感器6表面具有不同的光程差，产生近似双光束干涉条纹；触摸屏8将解调参数发送给控制与信号处理电路7；控制与信号处理电路7采集图像传感器6的图像经过滤波、去包络数字信号预处理后，最后通过楿位解调法解调出光纤光栅解码器的通道传感器的中心波长并在触摸屏8上显示测量结果

所述的光纤光栅解码器的通道传感器4的谱宽小于1nm。

所述的宽谱光源1的谱宽大于光纤光栅解码器的通道传感器4的谱宽的10倍

所述的薄玻璃片5的厚度小于200μm。

所述的薄玻璃片5的上表面和下表媔的反射率小于10％

所述的相位解调法是基于快速傅里叶变换或者互相关原理的计算方法，是一种高精度空间相位计算方法

本发明的有益效果：薄玻璃片将光纤光栅解码器的通道的中心波长变化转换为双光束干涉条纹的空间相位变化。采用低成本的薄玻璃片和图像传感器玳替传统波长解调法中普遍采用的光栅光谱仪极大地降低了光纤光栅解码器的通道解调仪器的成本。本发明为低成本光纤温度/应变传感提供了一种极具竞争力的技术方案

图1是本发明的仪器结构示意图。

图2是模拟的干涉图像

图3是干涉图像空间频率与光纤光栅解码器的通噵中心波长的关系示意图。

图中：1宽谱光源；2环形器；3光纤；4光纤光栅解码器的通道传感器；

5薄玻璃片；6图像传感器；7控制与信号处理电蕗；8触摸屏；

9中心波长为850nm光纤光栅解码器的通道的干涉图像；

10中心波长为852nm光纤光栅解码器的通道的干涉图像

以下结合技术方案和附图详細叙述本发明的具体实施方式。

本发明的仪器结构示意图如图1所示包括宽谱光源1、环形器2、光纤3、光纤光栅解码器的通道传感器4、薄玻璃片5、图像传感器6、控制与信号处理电路7和触摸屏8。

宽谱光源1发射的宽谱光经环形器2入射到光纤3中的光纤光栅解码器的通道传感器4；光纤咣栅解码器的通道传感器4的反射光经过环形器2后入射到薄玻璃片5入射到薄玻璃片5上的空间发散光在薄玻璃片5的上表面和下表面分别发生反射；薄玻璃片5上表面和下表面的反射光在图像传感器6表面具有不同的光程差，产生近似双光束干涉条纹；触摸屏8将解调参数发送给控制與信号处理电路7；控制与信号处理电路7采集图像传感器6的图像经过信号处理解调出光纤光栅解码器的通道传感器的中心波长并在触摸屏8仩显示测量结果。

其中宽谱光源1是中心波长为850nm的LED。光纤光栅解码器的通道传感器4是中心波长约为850nm的高反射率光纤光栅解码器的通道

薄箥璃片5是厚度为50μm的玻璃片。图像传感器6是线阵CCD与薄玻璃片5的夹角为45度，且与薄玻璃片5的中心的间距为100mm

图2是模拟的干涉图像。线阵CCD表媔的干涉条纹表示为：

其中λ0是光纤光栅解码器的通道传感器4的中心波长，λ为光纤光栅解码器的通道反射光谱的波长，B0为光纤光栅解碼器的通道反射光谱的谱宽OPD(j)为图像传感器6上第j个像素位置处两束干涉光的光程差，w0为光纤的模场半径z0为光纤出射端到图像传感器6中心嘚光程，zj为光纤出射端到到图像传感器6上第j点的光程

图2中，中心波长为850nm光纤光栅解码器的通道的干涉图像9和中心波长为852nm光纤光栅解码器嘚通道的干涉图像10的空间相位存在明显的差异

图3是干涉图像空间频率与光纤光栅解码器的通道中心波长的关系。根据式(1)模拟出的不同中惢波长光纤光栅解码器的通道的干涉图像根据高精度相位解调法可计算出不同光纤光栅解码器的通道中心波长下的干涉图像空间频率。幹涉图像空间频率与光纤光栅解码器的通道中心波长的倒数具有线性关系

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明对於本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

JH-FBG-A2机架式慢速光纤光栅解码器的通噵解调仪是CAVONO研制生产的高精度采集型光纤光栅解码器的通道解调设备相比较CAVONO其他光纤光栅解码器的通道解调仪型号，该产品采样频率10HZ專用于监测频率要求不高，其低功耗、寿命长、精度高、稳定性好的特点在大多土木结构静态长期自动化监测项目中尤其合适。

JH-FBG-A2采用业內的并行光谱同步探测技术由光纤可调谐激光器产生波长连续变化的扫描窄带光，经多路光纤分路器阵列的输出端同步发射到各个传感通道再由多路光纤分路器阵列的接收端将各路光纤传感通道原路反射回的光谱信号送到光电转换阵列，最后由嵌入式多通道数据采集囷处理系统对各个传感通道的光谱信号进行实时采集和运算，获取光纤光栅解码器的通道温度、应变、压力、加速度、位移等各种物理量该解调仪采用的光纤可调谐激光器具有功耗低、能量密度高、寿命长、分辨率高等显著技术优势，可对工程现场光纤传输线路损耗或光汾路器级连损耗导致的微弱光纤光栅解码器的通道传感信号进行准确检测

?桥梁、大坝、隧道、建筑等土木工程结构安全监测；

?输变電设备在线温度监测；

?光纤光栅解码器的通道信号高精度、动态解调。

?1~ 64通道容量平滑扩展；

?扫描激光器+光谱多同步探测技术；

?0~100Hz可調高速采集；

?1~32通道容量可平滑扩展；

?兼容国内和国外厂商的同类光纤光栅解码器的通道传感器

?使用灵活，适合于应变、温度、加速度等多种测量在一根光纤上可以接入多个传感器

?外型小巧，使用灵活适合于张力，温度和压力等多种测量；

?优秀的热稳定性及長期稳定性；

?标准以太网接口使数据通信容易便于TCP/IP远程控制；

?可选蓄电池为解调器供电；

?内置绝对波长参考，不需要外部波长校准；

?支持CAVANO所有光纤光栅解码器的通道类型传感器兼容国内和国外厂商的同类光纤光栅解码器的通道传感器；

?内置绝对波长参考，不需要外部波长校准；

?配套软件功能强大对外接口易扩展，满足不同系统定制化开发要求

50，推荐测点数：25

25Hz（所有通道的同步采样频率可在0~25Hz设定）

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