基于随机非等间隔采样的光纤光栅动态应变解调仪及方法

摘要

本发明涉及光纤光栅的解调技术，具体是一种基于随机非等间隔采样的光纤光栅动态应变解调仪及方法。本发明解决了现有光纤光栅的解调技术解调速度低、解调精度低、使用不方便、使用成本高、以及适用范围窄的问题。基于随机非等间隔采样的光纤光栅动态应变解调仪包括宽带光源、可调谐滤波器、光纤耦合器、隔离器、光纤光栅、标准具、第一光电探测器、第二光电探测器、第一信号放大调理电路、第二信号放大调理电路、多路同步A/D转换器、基于FPGA的解调控制电路、计算机、D/A转换器、以及高压驱动放大电路。本发明适用于光纤光栅传感器。

主权项

一种基于随机非等间隔采样的光纤光栅动态应变解调方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：a.基于FPGA的解调控制电路（12）产生扫描周期随机变化的三角波高压驱动信号，并将产生的三角波高压驱动信号输出至D/A转换器（14）；D/A转换器（14）将输入的三角波高压驱动信号进行数模转换，并将数模转换后的三角波高压驱动信号输出至高压驱动放大电路（15）；高压驱动放大电路（15）将输入的三角波高压驱动信号进行放大，并将放大后的三角波高压驱动信号输出至可调谐滤波器（2）；b.宽带光源（1）向可调谐滤波器（2）输出宽带光；可调谐滤波器（2）根据输入的三角波高压驱动信号将输入的宽带光转换成扫描波长范围随机变化的可调谐激光，并将可调谐激光输出至光纤耦合器（3）；光纤耦合器（3）将输入的可调谐激光进行耦合，并将耦合后的可调谐激光输出至光纤光栅（5），同时通过隔离器（4）将耦合后的可调谐激光输出至标准具（6）；c.光纤光栅（5）根据输入的可调谐激光形成反射谱；第一光电探测器（7）实时探测形成的反射谱，并将探测到的反射谱输出至第一信号放大调理电路（9）；第一信号放大调理电路（9）将输入的反射谱进行放大调理；同时，标准具（6）根据输入的可调谐激光形成透射谱；第二光电探测器（8）实时探测形成的透射谱，并将探测到的透射谱输出至第二信号放大调理电路（10）；第二信号放大调理电路（10）将输入的透射谱进行放大调理；d.多路同步A/D转换器（11）实时同步采集放大调理后的反射谱和透射谱，并将采集到的反射谱和透射谱输出至基于FPGA的解调控制电路（12）；基于FPGA的解调控制电路（12）实时解算反射谱和透射谱的峰值波长位置，透射谱的峰值波长位置解算结果中包含带有标记的特征波长位置，同时将每一个三角波扫描周期内的所有解算结果均输出至计算机（13），每一个三角波扫描周期内的所有解算结果包括扫描周期、反射谱和透射谱的峰值波长位置；e.当光纤光栅（5）受到外界应变信号时，反射谱的中心波长发生变化，透射谱的各个峰值的中心波长保持不变；计算机（13）根据输入的扫描周期、带有标记的特征波长位置、反射谱和透射谱的峰值波长位置来计算反射谱的峰值位置相对透射谱的各个峰值的中心位置的变化量，并根据计算出的变化量实时解算出反射谱的中心波长变化信号，然后带入光纤光栅（5）的标定系数，并根据带入的标定系数和计算出的中心波长变化信号实时解算出外界应变信号，同时根据随机扫描三角波的扫描周期及反射谱的中心波长位置解算出每个传感位置的具体时间，再通过具体时间和中心波长变化信号还原出原始应变信号。