CN104764471A - 一种波长解调方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种波长解调方法，该方法包括：S1.在第一电压信号控制下，多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长，并入射至光纤光栅传感器通道；S2.光纤光栅传感器通道中的各光纤光栅传感器对入射光中匹配的波长进行反射，反射光中包含多个光纤光栅传感器的反射波长信息；S3.反射光经功分器均分后分别耦合至n个可调谐滤波器；S4.在S1所述第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器对功分器输出的均分反射光同时进行波长滤波解调，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。本发明能够实现多个波长的同步解调。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种波长解调方法和系统。
背景技术
近年来基于波长调制/解调的光纤传感技术研究进展迅速，在土木建筑、石油、电力、交通等多个领域获得了越来越广泛的应用，已成为光纤传感器的主流技术。光纤光栅传感系统中的关键技术是光纤光栅波长信息的检测。
目前的波长解调方法一般一次只能检测一个特定波长信息，无法实现多波长同时输出，因此所需时间较长，另外现有的波长解调方法中，所采用的激光源器件成本也较高，使其不适合应用于普通工程场合。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种波长解调方法和系统，能够实现多个波长的同步解调。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种波长解调方法，该方法包括：
S1.在第一电压信号控制下，多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长，并入射至光纤光栅传感器通道；
S2.光纤光栅传感器通道中的各光纤光栅传感器对入射光中匹配的波长进行反射，反射光中包含多个光纤光栅传感器的反射波长信息；
S3.反射光经功分器均分后分别耦合至n个可调谐滤波器；
S4.在S1所述第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器对功分器输出的均分反射光同时进行波长滤波解调，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
其中，所述步骤S2包括：
当入射光波长和某个光纤光栅传感器的中心波长匹配时，该入射光被反射。
其中，所述步骤S4包括：
在S1所述第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器透射波长间隔相等，且同步调谐，n个透射波长与多纵模激光器输出的n个等间隔光波长一一对应相等，且同步变化，利用n个可调谐滤波器，对功分器输出的n个功率均分反射光波长同时进行波长解调，同时得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
其中，所述第一电压信号为周期性变化的电压信号。
其中，在所述第一电压信号控制下，所述多纵模激光器输出的n个等间隔光波长变化范围相互不重叠，所述n个可调谐滤波器的波长调谐范围相互不重叠，所述多纵模激光器输出的n个光波长与n个可调谐滤波器的透射波长一一对应相等，且单个可调谐滤波器的波长调谐范围与多纵模激光器输出的单个光波长变化范围一致。
一种波长解调系统，该系统包括：
光波长输出模块，用于在第一电压信号控制下，多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长，并入射至光纤光栅传感器通道；
光纤光栅传感器模块，用于光纤光栅传感器通道中的各光纤光栅传感器对入射光中匹配的波长进行反射，反射光中包含多个光纤光栅传感器的波长信息；
光功分模块，反射光经功分器分配后分别耦合至n个可调谐滤波器；
解调模块，用于在光波长输出模块所述的第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器对光功分模块输出的均分反射光同时进行波长滤波解调，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
其中，所述光纤光栅传感器模块用于当入射光波长和某个光纤光栅传感器的中心波长匹配时，该入射光被反射。
其中，所述解调模块用于在光波长输出模块所述的第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器透射波长间隔相等，且同步调谐，n个透射波长与多纵模激光器输出的n个等间隔光波长一一对应相等，且同步变化，利用n个可调谐滤波器，对功分器输出的n个功率均分反射光波长同时进行波长解调，同时得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
本发明至少具有如下的有益效果：
1、在本发明中，利用多纵模激光器及n个可调谐滤波器对多个光纤光栅传感器的波长同时进行波长解调，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值，该发明能够实现多个波长的同步解调，提高了解调效率。
2、在本发明中，多纵模激光器和可调谐滤波器在电压信号的同步控制下实现同步调谐，使得输出光功率损耗减少。
3、在本发明中，激光源可以使用价格较便宜的多纵模激光器，因而可以实现低成本波长解调。
当然，实施本发明的任一方法或产品不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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是本发明实施例1中波长解调方法的流程图；
图2是本发明实施例1中提到的多纵模激光器波长变化示意图；
图3是本发明实施例1中提到的可调谐滤波器滤波特性变化示意图；
图4是本发明实施例2中波长解调系统的结构示意图；
图5是本发明实施例3中一种具体的波长解调系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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作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。
实施例1
本发明实施例1提出了一种波长解调方法，参见图1，包括如下步骤：
步骤101：在第一电压信号控制下，多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长，并入射至光纤光栅传感器通道。
在本步骤中，在第一电压信号控制下，多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长，模拟特定波长区间内连续波长光信号的输出，并入射至光纤光栅传感器通道；其中，多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长，且一个光波长的变化范围与相邻光波长的变化范围相互无缝邻接。另外，第一电压信号为周期性变化的电压信号，用来实现多纵模激光器波长和可调谐滤波器滤波波长的同步变化。
步骤102：光纤光栅传感器通道中的各光纤光栅传感器对入射光中匹配的波长进行反射，反射光中包含多个光纤光栅传感器的反射波长信息。
在本步骤中，光纤光栅传感器通道中串联的多个光纤光栅传感器对多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长进行反射，具体为当入射光波长和某个光纤光栅传感器的中心波长匹配时，该入射光被反射。
步骤103：反射光经功分器均分后分别耦合至n个可调谐滤波器。在本步骤中，反射回来的光输入到1:n的功分器中，输入到功分器中的光被均分后分别耦合至n个可调谐滤波器。
步骤104：在步骤101所述第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器对功分器输出的均分反射光同时进行波长滤波解调，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
在本步骤中，在步骤101所述第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器透射波长间隔相等，且同步调谐，n个透射波长与多纵模激光器输出的n个等间隔光波长一一对应相等，且同步变化，利用n个可调谐滤波器，对功分器输出的n个功率均分反射光波长同时进行波长解调，同时得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
其中，在所述第一电压信号控制下，所述多纵模激光器输出的n个等间隔光波长变化范围相互不重叠，所述n个可调谐滤波器的波长调谐范围相互不重叠，所述多纵模激光器输出的n个光波长与n个可调谐滤波器的透射波长一一对应相等，且单个可调谐滤波器的波长调谐范围与多纵模激光器输出的单个光波长变化范围一致。
多纵模激光器输出的第n个光波长的变化范围为λn～λn+Δλ；其中λn为第一电压信号为0时第n的光波的波长，Δλ为多纵模激光器输出的相邻两个光波之间的波长间隔，参见图2。
对于n个可调谐滤波器，第n个可调谐滤波器透射波长的变化范围同样为λn～λn+Δλ，其中λn为第一电压信号为0时第n个可调谐滤波器的透射光波长，Δλ为相邻两个可调谐滤波器透射波长的间隔，参见图3。
可见，在本发明实施例中，利用多纵模激光器及n个可调谐滤波器对多个光纤光栅传感器的波长同时进行波长滤波解调，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值，该发明实施例能够实现多个波长的同步解调，提高了解调效率。
另外，多纵模激光器和可调谐滤波器在电压信号的同步控制下实现同步调谐，使得输出光功率损耗减少。
在本发明实施例中，激光源使用价格较便宜的多纵模激光器，因而可以实现低成本解调。
实施例2
本发明实施例还提出了一种波长解调系统，参见图4，该系统包括：
光波长输出模块401，用于在第一电压信号控制下，多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长，并入射至光纤光栅传感器通道；
光纤光栅传感器模块402，用于光纤光栅传感器通道中的各光纤光栅传感器对入射光中匹配的波长进行反射，反射光中包含多个光纤光栅传感器的波长信息；
光功分模块403，反射光经功分器分配后分别耦合至n个可调谐滤波器；
解调模块404，用于在光波长输出模块401所述的第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器对光功分模块输出的均分反射光同时进行波长滤波解调，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
其中，所述光纤光栅传感器模块402用于当入射光波长和某个光纤光栅传感器的中心波长匹配时，该入射光被反射。
其中，所述解调模块404用于在光波长输出模块401所述的第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器透射波长间隔相等，且同步调谐，n个透射波长与多纵模激光器输出的n个等间隔光波长一一对应相等，且同步变化，利用n个可调谐滤波器，对功分器输出的n个功率均分反射光波长同时进行波长解调，同时得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
在光波长输出模块401和解调模块404中，所述多纵模激光器输出的n个等间隔光波长变化范围相互不重叠，所述n个可调谐滤波器的波长调谐范围相互不重叠，所述多纵模激光器输出的n个光波长与n个可调谐滤波器的透射波长一一对应相等，且单个可调谐滤波器的波长调谐范围与多纵模激光器输出的单个光波长变化范围一致。
多纵模激光器输出的第n个光波长的变化范围为λn～λn+Δλ；其中λn为第一电压信号为0时第n的光波的波长，Δλ为多纵模激光器输出的相邻两个光波之间的波长间隔，参见图2。
对于n个可调谐滤波器，第n个可调谐滤波器透射波长的变化范围同样为λn～λn+Δλ，其中λn为第一电压信号为0时第n个可调谐滤波器的透射光波长，Δλ为相邻两个可调谐滤波器透射波长的间隔，参见图3。
实施例3
下面通过一个具体的例子，来更为详细的说明本发明波长解调系统的工作过程。参见图5，该系统包括：
控制单元1、F-P腔多纵模激光器2、分光器3、光纤光栅传感器4、功分器5、可调谐滤波器6、光电探测器7和数据处理单元8。
其中，控制单元1发出周期性变化的电压信号，同步控制多纵模激光器波长和可调谐滤波器滤波波长的变化。
F-P腔多纵模激光器2输出n个周期性变化的等间隔光波长，且一个光波长的变化范围与相邻光波长的变化范围相互无缝邻接，如图4所示。
输出n个周期性变化的等间隔光波长经过分光器3入射至光纤光栅传感器通道，通过光纤光栅传感器通道的传输到达串联的多个中心波长不同的光纤光栅传感器4，当光波长和某个光纤光栅传感器4的中心波长匹配时，特定波长的光被反射回来，经过光纤光栅传感器通道反向传输。
反射光经分光器3输入到1：n的功分器5中，经功分器5均分后分别耦合至n个可调谐滤波器6。
在控制单元1发出周期性变化的电压信号控制下，n个可调谐滤波器6等间隔同步调谐，滤波波长与多纵模激光器2输出n个变化的等间隔光波长一一对应变化。
其中，n个可调谐滤波器6的波长调谐范围相互不重叠，且单个可调谐滤波器的波长调谐范围与多纵模激光器输出的单个光波长变化范围一致，
经过可调谐滤波器6的光进入到n个光电探测器7中，若对应的滤波器有波长输出，则光电探测器7输出的电流增大。
数据处理模块8同步监测n个光电探测器的电流变化。若光电探测器的电流增大超过设定的阈值，存储光电探测器的序号值，根据数据处理模块中设定的特定序号的光电探测器对应电流和解调波长的关系，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
其中，控制单元发出完全同步的周期性变化的电压信号同时对多纵模激光器和n个可调谐滤波器进行调谐。多纵模激光器在控制单元的作用下输出的波长大小周期性变化的光如图2所示。以波长为λ1的光波为例，在控制单元的作用下波长会由λ1逐渐增到λ2，再逐渐减小为λ1，完成一次周期变化。每个可调谐滤波器在控制单元的作用下滤波特性周期性变化，且变化周期与多纵模激光器波长大小的变化周期相同，如图3所示。其中，多纵模激光器输出的n个等间隔光波长变化范围相互不重叠，所述n个可调谐滤波器的波长调谐范围相互不重叠，所述多纵模激光器输出的n个光波长与n个可调谐滤波器的透射波长一一对应相等，且单个可调谐滤波器的波长调谐范围与多纵模激光器输出的单个光波长变化范围一致。多纵模激光器输出的第n个光波长的变化范围为λn～λn+Δλ；其中λn为第一电压信号为0时第n的光波的波长，Δλ为多纵模激光器输出的相邻两个光波之间的波长间隔，如图2。对于n个可调谐滤波器，第n个可调谐滤波器透射波长的变化范围同样为λn～λn+Δλ，其中λn为第一电压信号为0时第n个可调谐滤波器的透射光波长，Δλ为相邻两个可调谐滤波器透射波长的间隔，如图3。
以上实施例仅用于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：其依然可以对前述各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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种波长解调方法，其特征在于，该方法包括：
S1.在第一电压信号控制下，多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长，并入射至光纤光栅传感器通道；
S2.光纤光栅传感器通道中的各光纤光栅传感器对入射光中匹配的波长进行反射，反射光中包含多个光纤光栅传感器的反射波长信息；
S3.反射光经功分器均分后分别耦合至n个可调谐滤波器；
S4.在S1所述第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器对功分器输出的均分反射光同时进行波长滤波解调，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
当入射光波长和某个光纤光栅传感器的中心波长匹配时，该入射光被反射。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
在S1所述第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器透射波长间隔相等，且同步调谐，n个透射波长与多纵模激光器输出的n个等间隔光波长一一对应相等，且同步变化，利用n个可调谐滤波器，对功分器输出的n个功率均分反射光波长同时进行波长解调，同时得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述第一电压信号为周期性变化的电压信号。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述第一电压信号控制下，所述多纵模激光器输出的n个等间隔光波长变化范围相互不重叠，所述n个可调谐滤波器的波长调谐范围相互不重叠，所述多纵模激光器输出的n个光波长与n个可调谐滤波器的透射波长一一对应相等，且单个可调谐滤波器的波长调谐范围与多纵模激光器输出的单个光波长变化范围一致。
6.一种波长解调系统，其特征在于，该系统包括：
光波长输出模块，用于在第一电压信号控制下，多纵模激光器输出n个周期性变化的等间隔光波长，并入射至光纤光栅传感器通道；
光纤光栅传感器模块，用于光纤光栅传感器通道中的各光纤光栅传感器对入射光中匹配的波长进行反射，反射光中包含多个光纤光栅传感器的波长信息；
光功分模块，反射光经功分器分配后分别耦合至n个可调谐滤波器；
解调模块，用于在光波长输出模块所述的第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器对光功分模块输出的均分反射光同时进行波长滤波解调，得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器模块用于当入射光波长和某个光纤光栅传感器的中心波长匹配时，该入射光被反射。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述解调模块用于在光波长输出模块所述的第一电压信号的同步控制下，n个可调谐滤波器透射波长间隔相等，且同步调谐，n个透射波长与多纵模激光器输出的n个等间隔光波长一一对应相等，且同步变化，利用n个可调谐滤波器，对功分器输出的n个功率均分反射光波长同时进行波长解调，同时得到多个光纤光栅传感器的反射波长值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |