專利名稱：基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
自1989年Morey首次報道將光纖光柵用作傳感以來，因其具有可靠性高、抗電磁干擾、抗腐蝕，能實現(xiàn)準(zhǔn)分布式測量的優(yōu)點而日益得到重視，并在石油石化、電力交通、結(jié)構(gòu)安全、航空水利、周界安防等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛的應(yīng)用。但光纖光柵作為傳感應(yīng)用均是作為波長解調(diào)型，即利用光纖光柵中心反射波長的偏移量與周圍環(huán)境溫度和應(yīng)變變化的對應(yīng)關(guān)系，運用光譜儀檢測法、可調(diào)諧濾波器法、可調(diào)諧光源法、匹配光柵濾波法等方式實時解調(diào)波長，并換算出待測物理量。上述方式適用于精確傳感測量領(lǐng)域，但價格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中適用于精確傳感測量領(lǐng)域的實時解調(diào)波長并換算出待測物理量的方法，其價格昂貴的缺陷，提供一種價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單的基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)，包括光纖光柵振動傳感器、光纖光柵光強解調(diào)型主機和信號分析系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵光強解調(diào)型主機包括用于輸出非均勻光譜的光源、光分路器、光電信號轉(zhuǎn)換器和采集裝置；所述光分路器，與所述光源、多個光纖光柵振動傳感器以及光電信號轉(zhuǎn)換器連接；所述光源發(fā)出的光經(jīng)過所述光分路器進(jìn)入所述光纖光柵振動傳感器；所述光纖光柵振動傳感器，用于響應(yīng)外界的振動信號，產(chǎn)生響應(yīng)光信號；所述光信號經(jīng)所述光纖光柵振動傳感器反射后，再經(jīng)過所述光分路器進(jìn)入所述光電信號轉(zhuǎn)換器中；所述光電信號轉(zhuǎn)換器，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述采集裝置，用于采集所述電信號中振動信號的幅度和頻率。所述信號分析系統(tǒng)，用于獲取所述光纖光柵光強解調(diào)型主機采集的振動信號的幅度和頻率，并對其進(jìn)行分析和識別。本發(fā)明所述的光強解調(diào)系統(tǒng)中，該光強解調(diào)系統(tǒng)還包括管理平臺，與所述信號分析系統(tǒng)連接，用于獲取所述信號分析系統(tǒng)上傳的分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析結(jié)果展示。本發(fā)明所述的光強解調(diào)系統(tǒng)中，所述光源為半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管或者放大自激福射光源。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是提供一種基于非均勻光譜的光強解調(diào)方法，包括以下步驟光纖光柵振動傳感器通過具有非均勻光譜的入射光響應(yīng)外界的振動信號，產(chǎn)生響應(yīng)光信號；光纖光柵光強解調(diào)型主機接收所述光纖光柵振動傳感器的響應(yīng)光信號，將其轉(zhuǎn)換為電信號；光纖光柵光強解調(diào)型主機采集該電信號中振動信號的幅度和頻率；信號分析系統(tǒng)獲取所述光纖光柵光強解調(diào)型主機采集的振動信號的幅度和頻率，并對其進(jìn)行分析和識別。本發(fā)明所述的光強解調(diào)方法中，還包括以下步驟所述信號分析系統(tǒng)上傳分析數(shù)據(jù)給管理平臺，以進(jìn)行分析結(jié)果展示。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是本發(fā)明基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)通過光纖光柵光強解調(diào)型主機采用可輸出非均勻光譜的光源，光源發(fā)出的光經(jīng)過光分路器進(jìn)入光纖光柵振動傳感器，將光纖光柵振動傳感器的響應(yīng)光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并采集該電信號中振動信號的幅度和頻率并對其進(jìn)行分析，從而識別出振動源。本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)造簡單，價格低廉，可以實現(xiàn)對不同振動信號特征的科學(xué)分析，在對入侵行為進(jìn)行有效判斷的同時可科學(xué)地過濾非入侵振動行為，如風(fēng)雨等。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是本發(fā)明實施例基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例光纖光柵光強解調(diào)型主機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例單次敲擊振動傳感器的光強信號示意圖；圖4是本發(fā)明實施例基于非均勻光譜的光強解調(diào)方法的流程圖；圖5是本發(fā)明實施例光源的非均勻輸出譜線圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明實施例基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)，包括多個光纖光柵振動傳感器10a、10b……IOn(可以根據(jù)需要設(shè)置傳感器的個數(shù))、光纖光柵光強解調(diào)型主機20和信號分析系統(tǒng)30。如圖2所示，其中，光纖光柵光強解調(diào)型主機20包括用于輸出非均勻光譜的光源21、光分路器22、光電信號轉(zhuǎn)換器23和采集裝置24 ；光分路器22，與光源21、多個光纖光柵振動傳感器以及光電信號轉(zhuǎn)換器23連接；光源21發(fā)出的光經(jīng)過光分路器22進(jìn)入多個光纖光柵振動傳感器；在本發(fā)明的一個實施例中，光源21為半導(dǎo)體超福射發(fā)光二極管(Superluminescent Diode, SLD)或者放大自激福射光源(Amplified Spontaneous Emission, ASE),這兩種光源的輸出譜線在整個波段內(nèi)的光功率分布均為非均勻。如圖5所示，為本發(fā)明一個實施例中光源21的非均勻輸出譜線圖，其譜線波長在1490nnTl590nm之間，峰值譜線的波長為1525. 7nm，光功率為-13. 84dBm。光纖光柵振動傳感器，用于響應(yīng)外界的振動信號，產(chǎn)生響應(yīng)光信號；光信號經(jīng)光纖光柵振動傳感器反射后，再經(jīng)過光分路器22進(jìn)入光電信號轉(zhuǎn)換器23中。光纖光柵振動傳感器泛指各種能對外界振動信號進(jìn)行響應(yīng)的傳感裝置，要求當(dāng)發(fā)生振動事件時，光纖光柵的中心反射波長位置發(fā)生變化即可。當(dāng)光纖光柵振動傳感器的光纖光柵的反射波長受周圍環(huán)境溫度或應(yīng)力影響發(fā)生變化時，其反射功率也因此發(fā)生改變，且其變化的幅度和頻率與待測物理量的影響強度和頻率有關(guān)，也即實現(xiàn)了 “波長解調(diào)”到“光強解調(diào)”的轉(zhuǎn)換。對變化的光功率信號進(jìn)行采集，并進(jìn)行幅度和頻率分析，就可以還原待測物理量的作用強度和頻率。由于在周界安防應(yīng)用中，不同種類入侵信號的差異(如觸碰，踩踏，翻閱，風(fēng)雨等)就是體現(xiàn)在作用強度和頻率，因此采用復(fù)雜且昂貴的光纖光柵波長解調(diào)技術(shù)顯得冗余，而直接探測反射光強度的變化不僅完全滿足應(yīng)用需要，而且整機系統(tǒng)構(gòu)造簡單，成本低廉。為了實現(xiàn)大范圍多點測量，可以將多個光纖光柵振動傳感器通過光分路器22與光源21相連。光電信號轉(zhuǎn)換器23，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；采集裝置24，用于采集電信號中振動信號的幅度和頻率。信號分析系統(tǒng)30，用于獲取光纖光柵光強解調(diào)型主機20采集的振動信號的幅度和頻率，并對其進(jìn)行分析和識別。信號分析系統(tǒng)30主要用于將采集的信號進(jìn)行“幅度一頻率”數(shù)學(xué)算法分析，以實現(xiàn)對不同振動信號的智能識別，包括觸碰，踩踏，翻閱，風(fēng)雨等?？深A(yù)先在信號分析系統(tǒng)30中存儲多種聲源的特征，以便進(jìn)行比對識別。如圖3所示，為單次敲擊振動傳感器的光強信號圖。將其應(yīng)用于周界系統(tǒng)可以對觸碰、蹬踏、攀爬、風(fēng)雨等不同振動源識別。在本發(fā)明的一個實施例中，該光強解調(diào)系統(tǒng)還包括管理平臺40，與信號分析系統(tǒng)30連接，用于獲取信號分析系統(tǒng)30上傳的分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析結(jié)果展示。具體實踐中，管理平臺40主要用于系統(tǒng)軟、硬件管理，信號展現(xiàn)，界面顯示，用戶體驗等功能。該管理平臺40可進(jìn)一步與其他安防設(shè)施聯(lián)動，如視頻、報警器等。本發(fā)明實施例的基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(I)系統(tǒng)采用光纖光柵傳感技術(shù)，繼承了該技術(shù)的優(yōu)點，包括高絕緣性，抗電磁干擾，抗腐蝕，防潮，防爆，可靠性高，壽命長，適應(yīng)氣候范圍廣等優(yōu)點，因此該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，尤其是在周界的應(yīng)用范圍廣泛。(2)利用光源的自然非均勻輸出譜線的特點，實現(xiàn)了“波長變化”轉(zhuǎn)為“光強變化”，利用簡單的解調(diào)方式成功的滿足了對振動信號“幅度一頻率”特征的采集和分析，完全滿足振動信號特征的提取和分析，尤其是周界安防實際情況的需要。(3)系統(tǒng)通過對采集信號的“幅度一頻率”進(jìn)行數(shù)學(xué)算法分析，可以實現(xiàn)對不同振動信號特征的科學(xué)分析，在對入侵行為進(jìn)行有效判斷的同時可科學(xué)地過濾非入侵振動行為，如風(fēng)雨等。(4)系統(tǒng)構(gòu)造簡單，價格低廉。雖然其主要用于周界安防領(lǐng)域，但也可以擴(kuò)展至其它相關(guān)振動行為的測量，如機器，建筑物等。本發(fā)明實施例基于非均勻光譜的光強解調(diào)方法，其實現(xiàn)是基于上述實施例中的基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)，如圖4所示，包括以下步驟S401、光纖光柵振動傳感器通過具有非均勻光譜的入射光響應(yīng)外界的振動信號，產(chǎn)生響應(yīng)光信號；
S402、光纖光柵光強解調(diào)型主機接收光纖光柵振動傳感器的響應(yīng)光信號,將其轉(zhuǎn)換為電信號；S403、光纖光柵光強解調(diào)型主機采集該電信號中振動信號的幅度和頻率；S404、信號分析系統(tǒng)獲取光纖光柵光強解調(diào)型主機采集的振動信號的幅度和頻 率，并對其進(jìn)行分析和識別。本發(fā)明的一個實施例中，還包括以下步驟S405、信號分析系統(tǒng)上傳分析數(shù)據(jù)給管理平臺，以進(jìn)行分析結(jié)果展示。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括光纖光柵振動傳感器、光纖光柵光強解調(diào)型主機和信號分析系統(tǒng)，其中，所述光纖光柵光強解調(diào)型主機包括用于輸出非均勻光譜的光源、光分路器、光電信號轉(zhuǎn)換器和采集裝置；所述光分路器，與所述光源、多個光纖光柵振動傳感器以及光電信號轉(zhuǎn)換器連接；所述光源發(fā)出的光經(jīng)過所述光分路器進(jìn)入所述光纖光柵振動傳感器；所述光纖光柵振動傳感器，用于響應(yīng)外界的振動信號，產(chǎn)生響應(yīng)光信號；所述光信號經(jīng)所述光纖光柵振動傳感器反射后，再經(jīng)過所述光分路器進(jìn)入所述光電信號轉(zhuǎn)換器中；所述光電信號轉(zhuǎn)換器，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述采集裝置，用于采集所述電信號中振動信號的幅度和頻率；所述信號分析系統(tǒng)，用于獲取所述光纖光柵光強解調(diào)型主機采集的振動信號的幅度和頻率，并對其進(jìn)行分析和識別。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光強解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，該光強解調(diào)系統(tǒng)還包括管理平臺，與所述信號分析系統(tǒng)連接，用于獲取所述信號分析系統(tǒng)上傳的分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析結(jié)果展示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光強解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管或者放大自激輻射光源。
4.一種基于非均勻光譜的光強解調(diào)方法，其特征在于，包括以下步驟光纖光柵振動傳感器通過具有非均勻光譜的入射光響應(yīng)外界的振動信號，產(chǎn)生響應(yīng)光信號;光纖光柵光強解調(diào)型主機接收所述光纖光柵振動傳感器的響應(yīng)光信號，將其轉(zhuǎn)換為電信號;光纖光柵光強解調(diào)型主機采集該電信號中振動信號的幅度和頻率；信號分析系統(tǒng)獲取所述光纖光柵光強解調(diào)型主機采集的振動信號的幅度和頻率，并對其進(jìn)行分析和識別。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光強解調(diào)方法，其特征在于，還包括以下步驟所述信號分析系統(tǒng)上傳分析數(shù)據(jù)給管理平臺，以進(jìn)行分析結(jié)果展示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非均勻光譜的光強解調(diào)系統(tǒng)及方法，其中系統(tǒng)包括光纖光柵振動傳感器、光纖光柵光強解調(diào)型主機和信號分析系統(tǒng)，輸出非均勻光譜的光源發(fā)出的光經(jīng)過光分路器進(jìn)入光纖光柵振動傳感器；光纖光柵振動傳感器響應(yīng)外界的振動信號，產(chǎn)生響應(yīng)光信號；光信號經(jīng)光纖光柵振動傳感器反射后，再經(jīng)過光分路器進(jìn)入光電信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號；采集裝置采集電信號中振動信號的幅度和頻率，信號分析系統(tǒng)獲取光纖光柵光強解調(diào)型主機采集的振動信號的幅度和頻率，并對其進(jìn)行分析和識別。本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)造簡單，價格低廉，實現(xiàn)方法簡單，可以實現(xiàn)對不同振動信號特征的科學(xué)分析。
文檔編號G01H9/00GK102914356SQ20121034918
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者董雷, 印新達(dá), 熊巖 申請人:武漢理工光科股份有限公司