专利名称：一种多点化光纤光栅传感器阵列解调系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以脉冲振荡放大为基础的多点化分布式光纤光栅传感解调系统，用于实现单套解调设备同时监测多个光纤光栅传感器波长变化。
背景技术：
随着光纤光栅传感技术在大型桥梁、建筑结构、健康监测(SHM)等工程中的应用，越来越需要具有传感器容量大、灵敏度高而成本较低的光纤光栅传感解调系统。目前用于光纤光栅解调的技术主要包括扫描滤波法，体相位光栅结合CCD法，干涉仪法等等。但研究及工程实际表明，目前这些技术方法的传感器容量有限，即解调系统每通道所能容纳的传感器数目有限，而实际工程有时需要上百甚至更多传感监测点，例如在一些大型工程结构如大跨桥梁、隧道、山体滑坡等的长期健康监测，往往要求能够在很大的测量距离内布设大量传感器，准确测量结构损坏程度，以同时满足对结构整体和局部监测评估，这对大型结构的长期健康检测具有重要意义。
发明内容
本发明所要结局的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种以脉冲振荡放大为基础的多点化分布式光纤光栅传感解调系统，用于实现单套解调设备同时监测多个光纤光栅传感器波长变化。传感器容量大，稳定性和重复性良好，精度高，成本低。为解决上述技术问题，本发明一种以脉冲振荡放大为基础的多点化分布式光纤光栅传感解调系统，利用脉冲振荡方法的技术，实现对一个通道内多个光纤光栅反射光信号的放大，实现单套解调设备同时监测多个光纤光栅传感器波长变化，本发明具体的技术方案如下:
一种多点化分布式光纤光栅传感解调系统，其特征在于:包括脉冲宽带光放大器、I禹合器、环形器、光纤光栅阵列、脉冲发生与控制单元、隔离器、边缘滤波器、光电探测器、数据采集卡、信号分析处理部分以及电脑显示；所述光纤光栅阵列由两个以上的光纤光栅串联而成；所述脉冲宽带光放大器的输出端连接耦合器的输入端，耦合器具有两个输出端，耦合器的第一输出端连接环形器的第一端口，环形器的第二端口连接光纤光栅阵列，环形器第三端口连接脉冲宽带光放大器的输入端，耦合器的第二输出端依次串联所述的隔离器、边缘滤波器、光电探测器、数据采集卡、信号分析处理部分及电脑显示。在所述的环形器的第二端口后还接有一具有多个并输出端口的光开关，所述的光纤光栅阵列连接在光开关的每个并输出端口上。本发明边缘滤波器是指其边带上升沿或下降沿具有一定带宽的滤波器，即上升沿或下降沿带宽通常为I纳米至几十纳米，包括但不限于粗波分复用器，密集波分复用器，光栅滤波器，滤波片，半导体光滤波器，干涉型光滤波器等；
本发明是一种基于脉冲振荡放大的多点化分布式光纤光栅传感解调系统，脉冲宽带光放大器发出脉冲宽带光，进入耦合器输入端，然后由耦合器的第一输出端口进入环形器第一端口，然后由环形器第二端口进入光纤光栅传感器阵列并被反射，反射的脉冲光由环形器第三端口进入脉冲宽带光放大器输入端口，形成循环振荡。脉冲宽带光放大器由脉冲发生器控制产生光脉冲。振荡过程中被放大光纤光栅反射脉冲光由I禹合器的第二个输出端出射，依次经过隔离器与边缘滤波器，然后进入光电探测器。数据采集卡采集光电探测器的输出信号，经过信号分析处理部分后，在电脑显示上显示检测结果，以观测光纤光栅传感器的脉冲反射信号的变化。与现有技术相比，本发明具有的优点:
1.可同时监测一个通道内几十个到上百个光纤光栅波长变化；
2.具有光纤光栅定位功能，即探测光纤光栅传感器在光纤中所处的位置。
图1是本发明的结构示意图。图2是本发明光纤光栅阵列的结构示意图。图3是本发明并联多个光纤光栅阵列的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。如图1所示，脉冲宽带光放大器I发出脉冲间隔随时间变化的宽带脉冲光进入耦合器2，其中一路光作为传感光由耦合器2的第一输出端口经过环形器3进入光纤光栅传感器阵列4后被各光栅反射。反射光通过环形器3进入脉冲宽带光放大器1，形成循环振荡放大，脉冲宽带光放大器I的脉冲及其间隔时间由脉冲发生与控制单元5控制，振荡放大后的反射光脉冲由耦合器2的第二个输出端`口依次通过隔离器6与边缘滤波器7，然后进入光电探测器8。光信号经光电探测器8后输出的电流信号由数据采集卡9进行采集，然后由信号分析处理部分10对信号进行分析，得到电流信号中所包含的光纤光栅反射光信号变化，然后由电脑显不11。光纤光栅阵列4由多个低反射率光纤光栅13串联组成如图2所75,其波长位于边缘滤波器7边带范围内，光纤光栅13可通过相位掩模板或激光逐点刻写制作而成，因此光纤光栅的反射波长可由相位掩模板的栅距或逐点写入的步进距离决定，光纤光栅反射率可由刻写强度调节。脉冲宽带光放大器I发出脉冲间隔随时间变化的宽带脉冲光进入耦合器2，其中一路光作为传感光由耦合器2的第一输出端口经过环形器3进入光纤光栅传感器阵列4后被各光栅反射。反射光通过环形器3进入脉冲宽带光放大器1，然后由耦合器2第一输出端口和环形器3再次进入光纤光栅阵列4并被反射，然后再次进入放大器1，形成循环振荡放大，循环多次后直至反射光功率饱和。饱和后的反射光由由耦合器2第二输出端口输出，经过隔离器6与边缘滤波器7，然后进入光电探测器8。由于光纤光栅阵列中所有的光栅波长都位于边缘滤波器7边带内，因此当光纤光栅阵列4的某个光栅的反射波长改变，其对应的强度也会随之变化，通过光电探测器8探测该光栅反射脉冲强度，通过信号分析与处理部分10分析对比反射该光栅反射脉冲强度变化，或者相关性变化，可以解调出该光栅相对应波长变化。利用脉冲发生与控制单元5控制脉冲间隔时间，可以选择光纤光栅阵列4阵列中的任意一个光栅的反射光脉冲被放大并进入光电探测器8。通过脉冲间隔时间同时可以确定光栅位置。此外，由于光纤光栅阵列4中的这些光纤光栅反射率较低，因此，这些光栅的波长可以相同，也可以不相同，所以该系统一个通道所能容纳的光纤光栅传感器数目可达几十甚至上百个。如果需要更多测量点，可在环行器3后连接一个光开关12，如图3所示，其余连接方式保持不变。光开关12具有多个并输出端口，用以并联多个光纤光栅阵列4，通过光开关12输出端口的切换，轮流监测光开关12各输出端口的光纤光栅传感器阵列波长变化，可极大增加系统所能容纳的光纤光栅传 感器数目。
权利要求
1.一种多点化分布式光纤光栅传感解调系统,其特征在于:包括脉冲宽带光放大器、耦合器、环形器、光纤光栅阵列、脉冲发生与控制单元、隔离器、边缘滤波器、光电探测器、数据采集卡、信号分析处理部分以及电脑显示；所述光纤光栅阵列由两个以上的光纤光栅串联而成；所述脉冲宽带光放大器的输出端连接耦合器的输入端，耦合器具有两个输出端，耦合器的第一输出端连接环形器的第一端口，环形器的第二端口连接光纤光栅阵列，环形器第三端口连接脉冲宽带光放大器的输入端，耦合器的第二输出端依次串联所述的隔离器、边缘滤波器、光电探测器、数据采集卡、信号分析处理部分及电脑显示。
2.根据权利要求1所述的多点化分布式光纤光栅传感解调系统，其特征在于:在所述的环形器的第二端 口后还接有一具有多个并输出端口的光开关，所述的光纤光栅阵列连接在光开关的每个并输出端口上。
全文摘要
本发明公开了一种多点化分布式光纤光栅传感解调系统，包括脉冲宽带光放大器、耦合器、环形器、光纤光栅阵列、脉冲发生与控制单元、隔离器、边缘滤波器、光电探测器、数据采集卡、信号分析处理部分以及电脑显示；所述光纤光栅阵列由两个以上的光纤光栅串联而成；所述脉冲宽带光放大器的输出端连接耦合器的输入端，耦合器具有两个输出端，耦合器的第一输出端连接环形器的第一端口，环形器的第二端口连接光纤光栅阵列，环形器第三端口连接脉冲宽带光放大器的输入端。与现有技术相比，本发明同时监测一个通道内几十个到上百个光纤光栅波长变化；具有光纤光栅定位功能，即探测光纤光栅传感器在光纤中所处的位置。
文档编号G01J9/00GK103245422SQ20131017643
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月14日 优先权日2013年5月14日
发明者孙安, 吴智深 申请人:东南大学