CN102589586A - 一种同步多通道光纤光栅传感解调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步多通道光纤光栅传感解调系统，宽带光源的输出端与多路光耦合器的输入端相连接；每一光环形器的第一端与多路光耦合器的输出端相连接，多路光耦合器的输出端对应一通道待测光纤布拉格光栅，每一光环形器的第二端与一待测光纤布拉格光栅相连接，每一光环形器的第三端与一阵列波导光栅的输入端相连接；光纤连接在一阵列波导光栅的输出端与一PIN光电二极管阵列的输入端之间，PIN光电二极管阵列的输出端与信号处理模块相连接，PIN光电二极管阵列将接收的光信号转换为电信号并发送给信号处理模块；信号处理模块与计算机相连接，信号处理模块对接收的电信号进行预处理并将拟合结果发送给计算机。
Description
技术领域
本发明涉及石油、化工、煤层气、武器系统的结构分析、高速的振动分析等领域，具体而言，涉及一种同步多通道光纤光栅传感解调系统。
背景技术
光纤光栅传感是通过探测信号波长的漂移量来测量被测参数如应变、温度、压力、超声波、加速度等的变化，实现的是一种绝对测量的方法，因此，如何对传感信号进行解调是其实用化的关键技术。目前常用的解调方法有可调谐滤波器法、Mach-Zehnder干涉仪法、光纤光栅匹配法和边缘滤波器法等，这些方法要么只能用于静态或者慢变化信号的测量，要么成本较高，而且皆不利于实现多点振动传感信号的准分布式测量。
目前市场上除了国外少数几家具备高、低速的FBG(Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅)分析仪，但成本高，并非真正意义同步，而且价格高，速度还不够快，国内也有少数几家在研究基于MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统)的FBG解调仪，但不成熟，机理上也不可靠，实用价值低。鉴于目前煤层气等领域的特殊情况，都对中低速、性能稳定可靠、价格低廉有巨大需求(保证一口井一台便于实时监测)。结合FBG传感的优越性及AWG(Arrayed Waveguide Grating，阵列波导光栅)的成熟价廉，有必要研制基于频分复用的阵列波导光栅AWG的各种速率兼顾，同时可靠价廉的多通道光纤光栅传感解调系统。
发明内容
本发明提供一种同步多通道光纤光栅传感解调系统，用以实现光纤光栅波长的同步多通道处理和解调。
为达到上述目的，本发明提供了一种同步多通道光纤光栅传感解调系统，其包括：宽带光源、多个阵列波导光栅、光纤、多路光耦合器、多个光环形器、光电PIN探测器阵列、信号处理模块以及计算机，其中：
宽带光源的输出端与多路光耦合器的输入端相连接；
每一光环形器的第一端与多路光耦合器的输出端相连接，多路光耦合器的输出端对应一通道待测光纤布拉格光栅，每一光环形器的第二端与一待测光纤布拉格光栅相连接，每一光环形器的第三端与一阵列波导光栅的输入端相连接；
光纤连接在一阵列波导光栅的输出端与一PIN光电二极管阵列的输入端之间，PIN光电二极管阵列的输出端与信号处理模块相连接，PIN光电二极管阵列将接收的光信号转换为电信号并发送给信号处理模块；
信号处理模块与计算机相连接，信号处理模块对接收的电信号进行预处理并将拟合结果发送给计算机。
较佳的，信号处理模块包括依次相连接的模拟信号调理单元、多片AD转换器、现场可编程门阵列、数字信号处理器和通信接口，模拟信号调理单元与PIN光电二极管阵列相连接，通信接口与计算机相连接，多片AD转换器由现场可编程门阵列采用同一时钟源同步触发。
较佳的，模拟信号调理单元包括依次相连的两级运放和模拟信号除法器。
较佳的，通信接口为以太网数据接口。
较佳的，现场可编程门阵列采用EP3C50，数字信号处理器采用TMS320C6713。
较佳的，宽带光源为ASE光源或者SLED光源。
较佳的，阵列波导光栅的信道间隔为100GHz，波长间隔为0.8nm。
上述实施例中的高速同步多通道光纤光栅传感解调系统可以实现传感信息的高速解调，而且具有较高的解调精度，成本较低，可以满足煤层气等领域的高低速同步振动分析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的同步多通道光纤光栅传感解调系统示意图；
图2为本发明一实施例的信号处理模块结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一实施例的同步多通道光纤光栅传感解调系统示意图。如图所示，该系统包括：宽带光源(如ASE或者SLED)101、多个阵列波导光栅(其信道间隔为50GHz、100GHz或200GHz)104、光纤(图中未示出)、1*N(N＞1)多路光耦合器102、多个光环形器103、光电PIN探测器阵列105、信号处理模块106以及计算机107，其中：
宽带光源101的输出端与多路光耦合器102的输入端相连接，多路光耦合器102的每一输出端连接相对应的一个环形器(或者耦合器替代)，对应一通道待测光纤布拉格光栅串108；
每一光环形器103的第一端与多路光耦合器102的输出端相连接，每一光环形器103的第二端与一待测光纤布拉格光栅108相连接以实现更好的隔离降低噪声，每一光环形器103的第三端与一阵列波导光栅104的输入端相连接；
光纤连接在一阵列波导光栅104的输出端与一PIN光电二极管阵列105的输入端之间，PIN光电二极管阵列105的输出端与信号处理模块106相连接，PIN光电二极管阵列105将接收的光信号转换为电信号并发送给信号处理模块106；
信号处理模块106与计算机107相连接，信号处理模块106对接收的电信号进行预处理包括滤波去掉噪声，除法运算、对数放大等，并将拟合结果发送给计算机107。
本实施例中的高速同步多通道光纤光栅传感解调系统可以实现传感信息的高速解调，而且具有较高的解调精度，成本较低，可以满足煤层气等领域的高低速、同步振动等分析。
图2为本发明一实施例的信号处理模块结构示意图。如图所示，信号处理模块包括依次相连接的模拟信号调理单元201、多片AD转换器202、现场可编程门阵列203、数字信号处理器204和通信接口205，模拟信号调理单元201与PIN光电二极管阵列105相连接，通信接口205与计算机107相连接，多片AD转换器202由现场可编程门阵列203采用同一时钟源同步触发，AD转换器202需采用多块多通道同步高速信噪比高的AD转换器，分辨率为16bit。本实施例中算法处理涉及到FBG波长在相邻通道AWG的光强的关系，与强度对数成比例，结合多项式拟合实现高精度的波长解调。
模拟信号调理单元包括依次相连的具有高信噪比的两级运放和模拟信号除法器，模拟信号除法器进行除法运算，消除光源等光路功率的影响。
例如，上述通信接口可以为高速以太网数据接口；现场可编程门阵列采用EP3C50，其具有大容量存储缓冲；数字信号处理器采用TMS320C6713，可以实现数据的高速处理。
宽带光源可选为ASE光源(工作在C/C+L波段)或者SLED光源；较佳的，阵列波导光栅的信道间隔根据实际FBG 3dB带宽及实现方式进行选择，如100GHz、50GHz或200GHz，波长间隔为0.8nm。
从上述描述中可以看出，本发明的波长解调系统能满足许多领域的各种速率、多通道同步、性能可靠、精度高的需求，同时还实现了成本较低、波长范围宽，重复性好、结构简单的优点，可以广泛应用于石油、化工，煤层气等需要大量运用的领域，尤其对于煤层气等领域需要可靠性能稳定价格低廉的领域，克服了目前速率低，价格高的瓶颈，也克服了国外少有的速率高但价格昂贵、不可靠、非同步的缺点。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种同步多通道光纤光栅传感解调系统，其特征在于，包括：宽带光源、多个阵列波导光栅、光纤、多路光耦合器、多个光环形器、光电PIN探测器阵列、信号处理模块以及计算机，其中：
所述宽带光源的输出端与所述多路光耦合器的输入端相连接；
每一所述光环形器的第一端与所述多路光耦合器的输出端相连接，所述多路光耦合器的输出端对应一通道待测光纤布拉格光栅，每一所述光环形器的第二端与一待测光纤布拉格光栅相连接，每一所述光环形器的第三端与一所述阵列波导光栅的输入端相连接；
所述光纤连接在一所述阵列波导光栅的输出端与一所述PIN光电二极管阵列的输入端之间，所述PIN光电二极管阵列的输出端与所述信号处理模块相连接，所述PIN光电二极管阵列将接收的光信号转换为电信号并发送给所述信号处理模块；
所述信号处理模块与所述计算机相连接，所述信号处理模块对接收的电信号进行预处理并将拟合结果发送给所述计算机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块包括依次相连接的模拟信号调理单元、多片AD转换器、现场可编程门阵列、数字信号处理器和通信接口，所述模拟信号调理单元与所述PIN光电二极管阵列相连接，所述通信接口与所述计算机相连接，所述多片AD转换器由所述现场可编程门阵列采用同一时钟源同步触发。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述模拟信号调理单元包括依次相连的两级运放和模拟信号除法器。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述通信接口为以太网数据接口。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列采用EP3C50，所述数字信号处理器采用TMS320C6713。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述宽带光源为ASE光源或者SLED光源。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阵列波导光栅的信道间隔为100GHz，波长间隔为0.8nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: LI RUFENG Free format text: FORMER OWNER: BEIJING AOFEI BOSHI TECHNOLOGY SERVICE CO., LTD. Effective date: 20150617 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Rufeng Inventor after: Zhao Yanhua Inventor after: He Hai Inventor before: Zhao Yanhua Inventor before: He Hai Inventor before: Li Rufeng Inventor before: He Jun Inventor before: Tu Junliang |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHAO YANHUA HE HAI LI RUFENG HE JUN TU JUNLIANG TO: LI RUFENG ZHAO YANHUA HE HAI |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150617 Address after: 102200 basin center of China University of Petroleum, Beijing, Changping District Applicant after: Li Rufeng Address before: 102200, room 18, Fukang Road, Changping District science and Technology Park, Beijing, 506 Applicant before: Beijing Aufei Boshi Technical Services Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150715 Termination date: 20200117 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |