一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置和傳感方法
【專利摘要】為解決現(xiàn)有光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中存在的光纖光柵傳感器之間的串?dāng)_噪聲較大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)造價(jià)昂貴的問題，本發(fā)明提供一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置和方法，通過控制輸入光脈沖的脈沖寬度，使得光脈沖的持續(xù)時(shí)間大于弱光纖光柵陣列中相鄰兩個(gè)光柵之間光反射的時(shí)間長度，相鄰兩個(gè)光纖光柵之間的前向傳輸光和反射光之間發(fā)生干涉，系統(tǒng)對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行精確的查詢，完成對(duì)弱光纖光柵陣列的尋址與監(jiān)測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了提高光纖光柵傳感器之間信噪比，簡化傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低成本的目的。
【專利說明】一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置和傳感方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感器具有質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕、抗電磁干擾、現(xiàn)場無源等優(yōu)點(diǎn)，能工作在高溫高壓、火災(zāi)等一般人無法到達(dá)的環(huán)境，比傳統(tǒng)電類傳感器具有更廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前光纖光柵傳感監(jiān)測技術(shù)中所使用的匹配光纖光柵與傳感光柵比較標(biāo)定的方法，這種方法受到匹配光柵與傳感光柵實(shí)際制造中工藝差別的限制，光纖光柵傳感器之間的串?dāng)_噪聲較大，另外，傳感網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，系統(tǒng)造價(jià)昂貴。同時(shí)其他通過弱光柵串聯(lián)成網(wǎng)的方法，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受到光柵反射率的限制，但弱光柵反射率過弱又會(huì)造成傳感信號(hào)不強(qiáng)，對(duì)信號(hào)的探測與解調(diào)造成極大的難度。綜上所述，現(xiàn)有光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中存在的光纖光柵傳感器之間的串?dāng)_噪聲較大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)，限制了傳感網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中存在的光纖光柵傳感器之間的串?dāng)_噪聲較大、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)提高光纖光柵傳感器之間信噪比，簡化傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低成本的目的。
[0005]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0006]提供一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置，包括，
[0007]光源模塊，用于提供相干脈沖光，其脈沖寬度長于弱光纖光柵陣列中相鄰兩個(gè)光纖光柵之間反射所需時(shí)間；弱光纖光柵陣列，接收光源模塊發(fā)出的相干脈沖光，在弱光纖光柵陣列中相鄰兩個(gè)光纖光柵之間的反射光之間發(fā)生干涉；光電探測器，置于弱光纖光柵陣列的輸出端，探測該干涉信號(hào)并傳送到控制器；控制器，與光電探測器相連接，用于采集該干涉信號(hào)，并對(duì)產(chǎn)生該干涉信號(hào)的光纖光柵傳感器件進(jìn)行查詢。
[0008]所述弱光纖光柵陣列為光纖布拉格光柵陣列。
[0009]所述光源模塊包括發(fā)出相干激光的光源，及在所述光源后設(shè)置的光開關(guān)，由所述控制器中的脈沖發(fā)生器發(fā)出電時(shí)序信號(hào)，脈沖發(fā)生器與光開關(guān)連接，對(duì)光開關(guān)進(jìn)行控制。所述光源為單波長相干激光光源或多波長相干激光光源。
[0010]為對(duì)相干脈沖光進(jìn)行放大，在所述光開關(guān)與所述弱光纖光柵陣列之間設(shè)置光放大器，對(duì)進(jìn)入弱光纖光柵陣列之前的相干脈沖光進(jìn)行放大。
[0011]所述光放大器和弱光纖光柵陣列之間還設(shè)置有一個(gè)3端口光環(huán)行器，所述光放大器的輸出端連接光環(huán)行器的I端口，光環(huán)行器的2端口連接弱光纖光柵陣列，光環(huán)行器的3端口連接所述光電探測器。
[0012]在所述光電探測器輸出端和所述控制器的輸入端之間還設(shè)置有低通濾波器，光電探測器的輸出端與低通濾波器的輸入端相連接，低通濾波器的輸出端與控制器的輸入端相連接。
[0013]控制器中還設(shè)置有數(shù)模采集卡，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行采集。
[0014]本發(fā)明基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置原理為:相干光源經(jīng)過光開關(guān)后被調(diào)制為相干脈沖光，光開關(guān)由脈沖發(fā)生器發(fā)出的電時(shí)序信號(hào)所控制，脈沖發(fā)生器由所述控制器進(jìn)行控制。經(jīng)過光開關(guān)后的相干脈沖被光放大器放大，繼而進(jìn)入光環(huán)行器的I端口，從I端口進(jìn)入的光信號(hào)，由光環(huán)行器的2端口輸出，輸入弱光纖光柵陣列,光信號(hào)在弱光纖光柵陣列中各相鄰2個(gè)光纖光柵之間進(jìn)行反射光干涉后，干涉信號(hào)從光環(huán)行器的3端口輸出，進(jìn)入光電探測器，光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光電探測器的輸出端連接低通濾波器的輸入端，被低通濾波器濾波后，信號(hào)進(jìn)入控制器，所述信號(hào)由控制器中的數(shù)模采集卡所采集，并進(jìn)行處理，對(duì)產(chǎn)生該干涉信號(hào)的光纖光柵傳感器件進(jìn)行查詢，具體為通過采集不同時(shí)間的干涉信號(hào)，對(duì)光纖光柵陣列傳感器件進(jìn)行地址查詢及光波長信息的查詢。
[0015]本發(fā)明還提供一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測方法，包括:
[0016]對(duì)入射到弱光纖光 柵陣列中的相干脈沖光的脈沖寬度進(jìn)行控制，使該脈沖寬度長于光在相鄰兩個(gè)光纖光柵之間反射所需時(shí)間；相鄰兩個(gè)光纖光柵的反射光之間發(fā)生干涉，該干涉信號(hào)通過光電探測器傳送到控制器；控制器采集該干涉信號(hào)，并對(duì)產(chǎn)生該干涉信號(hào)的光纖光柵傳感器件進(jìn)行查詢。
[0017]如需對(duì)第i個(gè)和第i + Ι個(gè)光纖光柵干涉信號(hào)進(jìn)行查詢，即需要采集時(shí)間為
【權(quán)利要求】
1.一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置，其特征在于，包括: 光源模塊，用于提供相干脈沖光，其脈沖寬度長于弱光纖光柵陣列中相鄰兩個(gè)光纖光柵之間反射所需時(shí)間； 弱光纖光柵陣列，接收光源模塊發(fā)出的相干脈沖光，在弱光纖光柵陣列中相鄰兩個(gè)光纖光柵之間的反射光之間發(fā)生干涉； 光電探測器，置于弱光纖光柵陣列的輸出端，探測該干涉信號(hào)并傳送到控制器；控制器，與光電探測器相連接，用于采集該干涉信號(hào)，并對(duì)產(chǎn)生該干涉信號(hào)的光纖光柵傳感器件進(jìn)行查詢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置，其特在于，所述弱光纖光柵陣列為光纖布拉格光柵陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置，其特征在于，所述光源模塊包括發(fā)出相干激光的光源，及在所述光源后設(shè)置的光開關(guān)，由所述控制器中的脈沖發(fā)生器發(fā)出電時(shí)序信號(hào)，脈沖發(fā)生器與光開關(guān)連接，對(duì)光開關(guān)進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置，其特征在于，所述光源為單波長相干激光光源或多波長相干激光光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置，其特征在于，還包括光放大器，設(shè)置于所述光開關(guān)與所述弱光纖光柵陣列之間，對(duì)進(jìn)入弱光纖光柵陣列之前的相干脈沖光進(jìn)行放大。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置，其特征在于，所述光放大器和弱光纖光柵陣列之間還設(shè)置有一個(gè)3端口光環(huán)行器，所述光放大器的輸出端連接光環(huán)行器的I端口，光環(huán)行器的2端口連接弱光纖光柵陣列，光環(huán)行器的3端口連接所述光電探測器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測裝置，其特征在于，在所述光電探測器輸出端和所述控制器的輸入端之間還設(shè)置有低通濾波器，光電探測器的輸出端與低通濾波器的輸入端相連接，低通濾波器的輸出端與控制器的輸入端相連接。
8.一種基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測方法，其特征在于，包括: 對(duì)入射到弱光纖光柵陣列中的相干脈沖光的脈沖寬度進(jìn)行控制，使該脈沖寬度長于光在任一相鄰兩個(gè)光纖光柵之間反射所需時(shí)間； 相鄰兩個(gè)光纖光柵之間的反射光之間發(fā)生干涉，該干涉信號(hào)通過光電探測器傳送到控制器； 控制器采集該干涉信號(hào)，并對(duì)產(chǎn)生該干涉信號(hào)的光纖光柵傳感器件進(jìn)行查詢。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測方法，其特征在于，經(jīng)過光開關(guān)調(diào)制得到的相干脈沖光，第i個(gè)光脈沖的脈沖寬度應(yīng)為4≥2ALi.nrff/c，其中弱光纖光柵陣列中第i個(gè)光柵與第i+Ι個(gè)光柵的間距為ALi, neff為光纖的有效折射率，c為真空中的光速。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于弱光纖光柵陣列的傳感監(jiān)測方法，其特征在于，所述對(duì)光纖光柵傳感器件進(jìn)行查詢具體包括，通過采集不同時(shí)間的干涉信號(hào)，對(duì)光纖光柵陣列傳感器件進(jìn)行地址查詢及光波長信息的查詢。
【文檔編號(hào)】G01D5/38GK103994785SQ201410232267
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】姜德生, 許儒泉, 程乘 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)