基于多域混合复用的分布式光纤传感器及其调制解调方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于多域混合复用的分布式光纤传感器及其调制解调方法，该光纤传感器包括数据处理及控制装置（1）、光源模块、光纤传感单元（13）、滤波器（4）、滤波器控制模块、数据采集模块和光环形器（9），数据处理及控制装置（1）与光源模块、滤波器控制模块和数据采集模块均相连，光环形器（9）与光源模块、光纤传感单元（13）、滤波器（4）均相连，数据处理及控制装置（1）与滤波器（4）之间接有滤波器控制模块，滤波器（4）的输出端还通过数据采集模块与数据处理及控制装置（1）的输入端相连。该发明具有大容量、低成本、解调速度快、结构紧凑等特点，适用于大规模分布式传感复用。
【专利说明】基于多域混合复用的分布式光纤传感器及其调制解调方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤传感【技术领域】，通过拓展光纤中光信号的多域特性来实现大容量光纤传感，并针对这种传感方法专门设计嵌入式解调系统。
【背景技术】
[0002]光纤传感广泛应用于地质灾害、海洋、大型结构等领域监测，其抗电磁特性、紧凑结构、传感精度高、可扩展性高等特性使其受到越来越大的关注。光纤传感由于其解调系统比较昂贵，因此提高单纤复用数量可以明显降低单个传感节点的解调成本，扩大其应用领域。
[0003]美国海军研究实验室T.A.Berkoff等人在论文“HYBRID TIME AND WAVELENGTHDIVISION MULTIPLEXED FIBER BRAGG GRATING SENSOR ARRAY”Proc.SPIE2444, SmartStructures and Materialsl995: Smart Sensing, Processing, and Instrumentation, 288(April20, 1995) ;do1:10.1117/12.207684”中提出时分、波分复用概念，但是其时分信号解调无法达到实时性，并且解调精度过低导致无法进行频分复用。
[0004]申请号为201110420315.8，名称为“基于微结构光纤法布里-珀罗谐振腔的准分布式传感器”的专利申请提出了波分、频分复用，其使用光谱分析仪，价格昂贵，只能实现二维复用，由于光谱分析仪的解调周期长，且光谱分析仪不能提供外部控制接口，无法进行TDM (时分复用)复用。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于多域混合复用的分布式光纤传感器及其调制解调方法，该发明具有大容量、低成本、解调速度快、结构紧凑等特点，适用于大规模分布式传感复用。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的方案如下:基于多域混合复用的分布式光纤传感器，包括数据处理及控制装置、光源模块、光纤传感单元、滤波器、滤波器控制模块、数据采集模块和光环形器，数据处理及控制装置与光源模块、滤波器控制模块和数据采集模块均相连，光环形器与光源模块、光纤传感单元、滤波器均相连，数据处理及控制装置与滤波器之间接有滤波器控制模块，滤波器的输出端还通过数据采集模块与数据处理及控制装置的输入端相连。
[0007]进一步地，数据处理及控制装置采用包括ARM处理器与现场可编程门阵列的片上系统。
[0008]进一步地，光源模块包括相连的宽带光源和掺饵光纤放大器，数据处理及控制装置与宽带光源相连，掺饵光纤放大器与光环形器相连。
[0009]进一步地，滤波器采用法布里-珀罗滤波器。
[0010]进一步地，滤波器控制模块包括相连的数/模转换模块和运算放大器模块，数/模转换模块与数据处理及控制装置相连，运算放大器模块与滤波器相连。[0011]进一步地，数据采集模块包括相连的光电探测器和模/数转换模块，光电探测器与滤波器相连，模/数转换模块与数据处理及控制装置相连。
[0012]进一步地，数据处理及控制装置还接有电源模块、显示平台和SD存储卡。
[0013]进一步地，光纤传感单元包括K*M*N个法布里-珀罗谐振腔对，其中K为时域复用个数、M为波域复用个数、N为频域复用个数。
[0014]基于多域混合复用的分布式光纤传感器的调制解调方法，其调制方法包括:数据处理及控制装置发送脉冲电信号，脉冲电信号为占空比为1/K的方波，脉冲电信号个数为I/ (FT)，其中K为时域复用个数，F为滤波器的频率，T为脉冲电信号时域宽度，脉冲电信号驱动宽带光源输出一定时序关系的脉冲光信号，宽带光源的输出连接掺馆光纤放大器，经放大后的光信号连接到光环形器的第一输入端口，通过第二输出端口输出到光纤传感单元，所述光纤传感单元由K组传感光纤通过光纤进行时域区分，每组传感光纤里面有M组不同波长的传感阵列进行波域区分，每个传感阵列里面有N组不同腔长的法布里-珀罗谐振腔对进行频域区分。
[0015]进一步地，解调方法包括:
[0016]所述放大后的光信号进入光纤传感单元后，K组反射光脉冲通过光环形器的第三输出端口输出，每组反射光脉冲内包含不同法布里-珀罗谐振腔对对应的波长和频率信息；
[0017]所述反射光脉冲进入滤波器后，由数据处理及控制装置和滤波器控制模块在滤波器的有效解调区域，根据滤波器的最小步进电压AV线性增加压电陶瓷电压，从而驱动滤波器输出中心波长线性增加的窄光脉冲(3dB带宽为pm级)；滤波器(4)通过某波段的窄带光脉冲扫描到某时域的反射光脉冲后，下一个时域的反射光脉冲继续由该波段的窄带光脉冲来进行扫描；然后改变滤波器(4)输出的窄带光脉冲的波段再次扫描下一个时域分段的反射光脉冲，直至分I/ (FT)段扫描完宽带光源(7)的全波长范围,从而获取所有的反射光脉冲光谱信息；
[0018]滤波器输出的不同波长的反射光脉冲光信号经过光电探测器转换为电信号，通过模/数转换模块的数字采样，进入数据处理及控制装置，数据处理及控制装置将收到的整个传感周期的数字采样结果缓存到其上的存储装置中，不同时域信号进入存储装置的一级地址，不同波域信号进入存储装置的二级地址；所述一级地址的范围是按照所有时域范围的最大数字采样数量来配置，所述二级地址的范围是按照某一时域内的所有波域范围的最大数字采样数量来配置；
[0019]数据处理及控制装置完成一个时域、波域解调周期后，根据一级、二级地址来进行数据并行读取，不同时域、波域信号并行进入数据处理及控制装置的快速傅里叶变换阵列，输出所有法布里-珀罗谐振腔对的频谱信息，并与数据处理及控制装置的只读存储器存储的原始频谱信息进行对比，从而完成解调过程。
[0020]本发明与现有技术相比主要有以下优势:
[0021]1.采用时分、波分、频分三维复用技术，与现有的二维复用相比，可以显著提高复用容量，满足单纤大容量传感需求。
[0022]2.通过片上系统SOC完成主要控制和数据处理，单芯片完成解调，不用专门的数据采集卡或者计算机处理器，低功耗、低成本、结构紧凑、处理速度快，有利于大规模应用推广。
[0023]3.可扩展性强，提高FP滤波器精度或者光源带宽，可以成倍提高传感容量。
[0024]4.ns级的时钟技术，通过参数配置可以精确定位光纤传感单元位置，从而实现传感单元的分布式传感。
[0025]5.对FP滤波器进行分段控制，解决时域实时性(us级)要求和波域解调的慢速(ms级)矛盾。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是多域光纤传感和解调系统框图。
[0027]图2是片上系统SOC内部功能框图。
[0028]图3是光纤传感阵列。
[0029]图4是时分复用有效解调区域。
[0030]图5是FP滤波器分段解调方法。
[0031]图中:1.片上系统SOC ;2.DA模块；3.运放模块；4.FP滤波器；5.光电探测器；
6.AD模块；7.宽带光源；8.光放大器；9.光环形器；10.电源模块；11.显示平台；12.SD存储卡；13.光纤传感单元。
【具体实施方式】
[0032]本发明针对现有的二维复用技术的容量限制，提出时域、波域、频域三维复用，并针对时域解调实时性和波域频域解调周期长的冲突，设计了多域光纤传感及其解调系统软硬件、光纤传感单元和算法，可以极大地提高复用容量，实现单纤大规模传感复用。
[0033]一种多域混合复用的分布式光纤传感及其解调装置，由片上系统(S0C)、光源模块、光纤传感单元、滤波器控制模块、数据采集模块、数据存储模块和数据发送模块构成。
[0034]所述片上系统SOC是ARM处理器与FPGA (现场可编程门阵列)融合的芯片，包含时钟控制单元、数据处理单元、结果上报单元，数据处理单元的输出接入结果上报单元的输入，时钟控制单元与其余两个单元均相连。该SOC能进行同步控制、锯齿波发生、光脉冲驱动、信号处理等功能。
[0035]所述同步控制功能，主要是控制光源模块脉冲光的发送和接收之间的时间相位信息，同时通过光纤传感位置分布确定锯齿波的时域波形。
[0036]所述光源模块，由宽带光源、EDFA (掺饵光纤放大器)光放大器、光环形器构成，片上系统SOC发送脉冲电信号,驱动宽带光源输出一定时序关系的脉冲光信号，宽带光源的输出连接EDFA光放大器，经放大后的光信号连接到光环形器的输入端口 1，通过端口 2输出到光纤传感单元。
[0037]所述光纤传感单元由η组传感光纤通过光纤进行时域区分，每组传感光纤里面有m组不同波长的传感阵列，每个传感阵列里面有k组不同腔长的光栅对。
[0038]所述光信号进入传感光纤后，η组反射光脉冲通过光环形器3端口输出，每组反射光脉冲内包含不同传感单元对应的波长和频率信息。
[0039]所述反射光信号的脉冲长度取决于光纤时分距离L，因此脉冲长度为us级，进入FP (法布里-珀罗)滤波器后，片上系统SOC和滤波器控制模块控制FP滤波器的PZT (压电陶瓷)电压，在一定波长范围内扫描US级的脉冲信号后,等待下一次此时域光信号,改变波长范围再次扫描，直至扫描完宽谱光源的全波长范围。
[0040]所述滤波器控制模块由片上系统SOC、DA (数/模)模块和运放模块构成，通过设定片上系统SOC内部参数，控制运放模块的电压输出，从而驱动FP滤波器产生中心波长线性增加的窄光脉冲，对光信号进行滤波。
[0041]所述数据采集模块由光电探测器和AD (模/数)模块构成，FP滤波器输出的不同波长的光信号经过ro (光电二极管)转换为电信号，通过AD模块的数字采样，进入片上系统SOC，SOC将收到的整个传感周期结果缓存到片上Block RAM (块随机存储器)或SD存储卡12中，并根据系统设计参数来对存储数据进行提取、拼接，最终区分出时域、波域信息并进行FFT (快速傅立叶变换)变换，FFT变换后的归一化频率对应光栅对的腔长，解调出的腔长偏移对应传感参量变化。
[0042]所述数据存储模块由一颗SD (安全数码卡)卡构成，由于传感解调是在嵌入式芯片完成，解调系统只上报结果信息，每个节点2字节，在一秒刷新率、1000个节点的情况下，SG的存储芯片可以存储46天的数据。
[0043]所述数据上报模块，可以通过网线、Wif1、2G/3G/4G模块将传感结果信息上报到数据中心或者服务器。
[0044]下面结合具体实施进一步详述本发明。
[0045]一种基于时分、波分、频分三维混合复用技术的大容量光纤微结构传感系统，通过设计光纤传感单元的分布结构，并设计解调系统来实现光信号的时域、波域、频域区分，从而极大提高光纤传感容量，该传感系统包括:片上系统(SOC)UDA模块2、运放模块3、FP滤波器4、光电探测器5、AD模块6、宽带光源7、光放大器8、光环形器9、电源模块10、显示平台11、SD存储卡12、光纤传感单元13。
[0046]所述片上系统SOCl和宽带光源7、光放大器8、光环形器9构成光发送单元。片上系统SOCl和DA模块2、运放模块3、FP滤波器4构成波长扫描单元。片上系统SOCl和光环形器9、光电探测器5、AD模块6构成光接收单元。片上系统SOCl内部实现时钟控制单元、数据处理单元、结果上报单元。
[0047]所述片上系统SOCl内部使用精准时钟控制的脉冲信号发生器来驱动宽带光源7，和时钟控制单元控制的锯齿波发生器来驱动FP滤波器4，最后将采集到的反射光信号通过光电探测器5和AD模块6进行数字信号处理，最终将数据结果通过数据线或者无线网络上报到显示平台11并存储到SD卡。
[0048]所述的片上SOC系统，以ns级的切换速度控制输出电脉冲来驱动宽带光源7，输出脉冲光信号经过光放大器8后进入光环形器9的端口 I，并从光环形器的端口 2入射到光纤传感单元13，每个传感单元反射回弱光信号。
[0049]所述光纤传感单元13，其反射光信号具有不同的时域、波长、频率特性，时域间隔T为us级，经过光环形器9，入射到FP滤波器4进行滤波采样，FP滤波器的频率为F，一个解调周期为1/F为ms级，因此需要FP滤波器对多个光脉冲分时分段进行重复波长扫描，完成一个自由光谱范围(FSR)波长扫描需要分段重复次数为I/(FT)。
[0050]所述FP滤波器4分时分段进行波长扫描，通过片上系统SOCl发送自定义锯齿波，数字信号输出到DA模块2产生O?Vpp的模拟电压信号，运放模块3将其放大A倍到O?(A*Vpp)来控制FP滤波器，FP滤波器4的输出信号，通过光纤连接到光电探测器5进行光电转换，电信号经过AD转换后进入SOCl进行信号解调，AD的随路时钟作为解调主时钟来区分时分数据。
[0051]所述的脉冲信号发生器、锯齿波发生器和信号解调主时钟，SOCl芯片内部脉冲信号发生器、锯齿波发生器和信号解调主时钟之间进行严格的ns级同步，来保证时域、波域、频域解调的精确度，提高主时钟频率和FP滤波器的扫描精度，可以成倍提高传感单元的复
用数量。
[0052]片上系统SOCl芯片需要将接收到的数字信号用高速差分线传输进内部BlockRAM或者外挂DDR进行缓存，不同时域信号进入一级地址范围，不同波域信号进入二级地址范围，完成一个时域、波域解调周期后，不同时域、波域信号并行进入快速傅里叶变换(FFT)阵列，FFT变换需要C个时钟周期，可以us级速度输出所有传感单元的频谱信息，并与片上系统SOC内部ROM存储的原始频谱信息进行对比，上报少字节的结果信息给数据中心，从而在低成本片上系统SOC完成大容量信息的快速解调，低成本和紧凑型结构有利于分布式传感应用。
[0053]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0054]本系统由光路、模拟电路和数字电路构成，如图1所示，主要包括片上系统S0C1、DA模块2、运放模块3、FP滤波器4、光电探测器5、AD模块6、宽带光源7、光放大器8、光环形器9、电源模块10、显示平台11、SD存储卡12、光纤传感单元13。片上系统SOCl和宽带光源7、光放大器8、光环形器9构成光发送单兀。片上系统SOCl和DA模块2、运放模块3、FP滤波器4构成波长扫描单兀。片上系统SOCl和光环形器9、光电探测器5、AD模块6构成光接收单元。片上系统SOCl内部由时钟控制单元、数据处理单元、结果上报单元构成，如图2所示。
[0055]所述波长传感阵列由不同腔`长、不同中心波长的光栅对构成，根据时域、波域、频域特性进行刻写，以一组时域(K)、波域(M)、频域(N)上K*M*N个传感单元的复用为实施案例进行分析本发明工作原理，如图3所示，一个光纤传感单元由一对弱反射率光栅构成，光栅中心波长一致，这一对光栅构成一个弱反射率法布里-珀罗(FP)腔，光栅对之间的距离为d决定FP腔的自由光谱范围(FSR)。设每个光栅对之间的距离为H，H?d。所述腔长d按照步进Ad(大小为d+H)复用N组，即图中的Dp D2、…Dn，n=N。在M组波分复用情况下，即每N组光栅对的中心波长分别为λ P λ2、…Xm，m=M。一个传感阵列长度约为M*N*H。每个时分距离为L，即每两个传感阵列之间的时分距离依次为U、L2、…Lk_2、Lu、Lk，k=K。
[0056]K组时分区域情况下，即图4的1\、T2,…Tk_2、Tm Tk对应图5的TDM1' TDM2,...TDMk,脉冲光信号进入传感光纤后,会反射回K组光信号,每组光信号由K个波长叠加而成。图4中的Zn1LlriAJn1LkA^图5的2niL/c为光纤带来的时域延迟，图4中的2nlCl/C为相邻波域传感器反射光信号时域延时。如果光脉冲宽度τ Un1L1^1Zc,则第二组时域光信号会和第一组时域光信号混叠，只有当光脉冲宽度T〈2niLk/c，才能获得有效解调区域。其中Ii1为光纤有效折射率，c为光速。
[0057]所述有效解调区域内，进行波长解调，目前商用化的FP滤波器解调频率为F，一个波长解调周期为1/F，如果对应1/F的光脉冲宽度，在当前商用化FP滤波器解调频率F为上千Hz的情况下，需要几千km的光纤时分距离，在实际应用中，如此长距离的光纤首先带来极大的损耗，其次成本高昂，根本无法投入应用，因此需要将1/F的光脉冲进行切片分段，如图5所示，每个光脉冲段解调一段波长信息，下一个光脉冲到来时解调下一段波长信息。
[0058]所述波长解调系统如图1所示，宽带光源带宽S，片上系统SOC发送周期脉冲信息，脉冲宽度为Tl，重复频率为f，对应地，可以容纳f/F组时分复用传感单元，光纤时分距离CTl/2n可以满足时域区分，其中C为FFT变换需要的时钟周期。调整光放大器增益使得光放大器的输出光功率为P，光信号经过光环形器进入传感单元，弱反射传感单元反射率设计为R，反射信号光功率约为PR。
[0059]所述反射信号与FP滤波器相连接，FP滤波器的波长选择受PZT两端压差控制，片上系统SOC通过DA模块和运放模块控制PZT的压差(最大Vpp)，从而实现FP滤波器在带宽S的范围上，以FP的扫描精度为步进进行扫描(Scan Period)。图5中的V表示PZT的调制电压值，T表示调制电压对应的时间，λ pp为FP滤波器输出的峰值波长，Λ V为PZT的调制电压改变步进，Λλ为FP滤波器的输出波长步进，V/λ为PZT的调制电压值或者输出波长，(ν+Δν)/(λ+Δ λ)为锯齿波输出下一个点的调制电压值或者输出波长，Vpp/λ ρρ为峰值调制电压值或者峰值波长，'、V2、…VifVi (即Vpp)分别表示分成i段后的每段对应最大调制电压值，P1^ P2、-P17(FT)分别表示每一个分段内对对应的k组时域信号进行重复解调，其中k=i=l/(FT)。
[0060]输出光信号通过光电探测器转换为电信号进入AD模块，模数转换后片上系统SOCl芯片需要将接收到的数字信号用高速差分线传输进内部Block RAM或者外挂DDR (双倍速率同步动态随机存储器)进行缓存，不同时域信号进入一级地址范围，不同波域信号进入二级地址范围，完成一个时域、波域、频域解调周期后，不同时域、波域信号并行进入快速傅里叶变换(FFT)阵列，FFT变换需要C个时钟周期，可以us级速度输出所有传感单元的频谱信息，并与片上系统SOC内部ROM (只读内存)存储的原始频谱信息进行对比，最终通过获知光栅对的腔长信息，将腔长变化与片上系统SOC内存储的初始化信息进行对比，可以感知监测参量的变化， 监测参量包括温度、压力、振动等，但不仅限于这些参量。上报少字节的结果信息给数据中心，从而在低成本片上系统SOC完成大容量信息的快速解调，所述参量变化结果可以存储在SD卡，同时通过网络上报到数据中心进行监控。
[0061]按照时域复用K组，波域复用M组，频域复用N组，可以实现K*M*N个传感单元的单纤复用及解调，可以达到几千个传感单元的复用规模，同时通过调整传感单元参数和提高FP滤波器及光电探测器精度，每个域的复用数量还可以提升，从而大幅度提升系统的复用容量。
[0062]实例说明:
[0063]宽带光源和FP滤波器带宽都为1510nm-1590nm，FP滤波器的扫描频率为800Hz，片上系统SOC发送周期脉冲信息，脉冲宽度为lus，频率为50kHz，对应地，可以容纳20组时分复用传感单元，光纤时分距离Ikm左右可以满足时域区分。调整光放大器增益使得光放大器的输出光功率为-1OdBm,光信号经过光环形器进入传感单元，传感单元反射率设计为1%，反射信号光功率约为 -30dBm。
[0064]所述一个解调周期1/800=1.25ms,每个IOpm采样点的采样时间
1.25*106ns/8000=156.25ns，对FPGA的三角波驱动控制精度为最小64MHz，三角波共分为8000个点，每个Cycle(周期)为15.625ns。TDM FFP光脉冲时间取决于光纤时分距离，假设12.5us, 1.25 公里光纤时分距离，1.25ms/12.5us=100，8*103/100=80，每个三角波分为 100份进行处理，每份80个点，如果要缩短光纤时分距离，则需要增加份数，减少每周期采样点数。假设16V三角波，8k个点，每个点2mV，从O开始，160mV时是第一段数据，FPGA三角波计数停止，采集80个点的数据；第二个光脉冲到来时采集下80个点，时域I区间总的解调时间为 12.5us*105 (TDM 组数)=1.25*103ms。
[0065]80nm波长范围内，每个中心波长占用4nm宽度，M=80/4=20组；频域上，腔长d的范围为0-2cm，步进为1mm，IOpm的FP滤波器解调精度可以实现频域解调，因此复用组数N=2cm/lmm=20组,最终单纤传感系统可复用数量达到20*20*20=8000组传感单元。
【权利要求】
1.基于多域混合复用的分布式光纤传感器，其特征在于:包括数据处理及控制装置(1)、光源模块、光纤传感单元(13)、滤波器(4)、滤波器控制模块、数据采集模块和光环形器(9)，数据处理及控制装置(1)与光源模块、滤波器控制模块和数据采集模块均相连，光环形器(9)与光源模块、光纤传感单元(13)、滤波器(4)均相连，数据处理及控制装置(1)与滤波器(4)之间接有滤波器控制模块，滤波器(4)的输出端还通过数据采集模块与数据处理及控制装置(1)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:数据处理及控制装置(1)采用包括ARM处理器与现场可编程门阵列的片上系统。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:光源模块包括相连的宽带光源(7)和掺饵光纤放大器(8 )，数据处理及控制装置(1)与宽带光源(7 )相连，掺饵光纤放大器(8 )与光环形器(9)相连。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:滤波器(4)采用法布里-珀罗滤波器。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:滤波器控制模块包括相连的数/模转换模块(2 )和运算放大器模块(3 )，数/模转换模块(2 )与数据处理及控制装置(1)相连，运算放大器模块(3)与滤波器(4)相连。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:数据采集模块包括相连的光电探测器(5 )和模/数转换模块(6 )，光电探测器(5 )与滤波器(4 )相连，模/数转换模块(6 )与数据处理及控制装置(1)相连。
7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:数据处理及控制装置(1)还接有电源模块(10)、显示平台(11)和SD存储卡(12)。
8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:光纤传感单元(13)包括K*M*N个法布里-珀罗谐振腔对，其中K为时域复用个数、M为波域复用个数、N为频域复用个数。
9.基于多域混合复用的分布式光纤传感器的调制解调方法，其特征在于调制方法包括:数据处理及控制装置(1)发送脉冲电信号，脉冲电信号为占空比为1/K的方波，脉冲电信号个数为1/ (FT)，其中K为时域复用个数，F为滤波器(4)的频率，T为脉冲电信号时域宽度，脉冲电信号驱动宽带光源(7)输出一定时序关系的脉冲光信号，宽带光源(7)的输出连接掺饵光纤放大器(8)，经放大后的光信号连接到光环形器(9)的第一输入端口，通过第二输出端口输出到光纤传感单兀(13),所述光纤传感单兀(13)由K组传感光纤通过光纤进行时域区分，每组传感光纤里面有M组不同波长的传感阵列进行波域区分，每个传感阵列里面有N组不同腔长的法布里-珀罗谐振腔对进行频域区分。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于解调方法包括: 所述放大后的光信号进入光纤传感单元(13)后，K组反射光脉冲通过光环形器(9)的第三输出端口输出，每组反射光脉冲内包含不同法布里-珀罗谐振腔对对应的波长和频率信息； 所述反射光脉冲进入滤波器(4)后，由数据处理及控制装置(1)和滤波器控制模块在滤波器(4)的有效解调区域，根据滤波器(4)的最小步进电压AV线性增加压电陶瓷电压，从而驱动滤波器(4)输出中心波长线性增加的窄带光脉冲；滤波器(4)通过某波段的窄带光脉冲扫描到某时域的反射光脉冲后，下一个时域的反射光脉冲继续由该波段的窄带光脉冲来进行扫描；然后改变滤波器(4)输出的窄带光脉冲的波段再次扫描下一个时域分段的反射光脉冲，直至分I/ (FT)段扫描完宽带光源(7)的全波长范围,从而获取所有的反射光脉冲光谱信息； 滤波器(4)输出的不同波长的反射光脉冲光信号经过光电探测器(5)转换为电信号，通过模/数转换模块(6)的数字采样，进入数据处理及控制装置(I )，数据处理及控制装置(I)将收到的整个传感周期的数字采样结果缓存到其上的存储装置中，不同时域信号进入存储装置的一级地址，不同波域信号进入存储装置的二级地址；所述一级地址的范围是按照所有时域范围的最大数字采样数量来配置，所述二级地址的范围是按照某一时域内的所有波域范围的最大数字采样数量来配置； 数据处理及控制装置(I)完成一个时域、波域解调周期后，根据一级、二级地址来进行数据并行读取，不同时域、波域信号并行进入数据处理及控制装置(I)的快速傅里叶变换阵列，输出所有法布里-珀罗谐振腔对的频谱信息，并与数据处理及控制装置(I)的只读存储器存储的原始频谱信息进行对比，从而完成解调过程。
【文档编号】G01D5/36GK103837179SQ201410064876
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】孙琪真, 程建伟, 李晓磊, 刘德明 申请人:华中科技大学