1.一种基于边缘滤波的光纤光栅中心波长解调方法,其特征在于:所述方法包括:光路单元、光电转换单元、信号调理单元、A/D采样单元以及上位机(1‑18);所述光路单元、光电转换单元、信号调理单元、A/D采样单元以及上位机中的各器件、芯片相互电连接组成光纤光栅中心波长解调系统;
所述光路单元,包括:ASE光源(1‑1)、三端口环形器(1‑2)、光纤Bragg光栅传感器(1‑
3)、光纤耦合器(1‑4)、边缘滤波器(1‑5);
所述光电转换单元,包括:第一光电转换电路(1‑6)、第二光电转换电路(1‑7);
第一光电转换电路(1‑6)、第二光电转换电路(1‑7),选用PIN光电二极管;
所述信号调理单元,包括:第一电流电压转换电路(1‑8)、第二电流电压转换电路(1‑
9)、第一线性放大电路(1‑10)、第二线性放大电路(1‑11)、第一低通滤波器(1‑12)、第二低通滤波器(1‑13)、第一暗电流补偿电路(1‑14)、第二暗电流补偿电路(1‑15);
所述A/D采样单元,包括:第一A/D采样电路(1‑16)、第二A/D采样电路(1‑17);
所述三端口环形器(1‑2)包括:一端口、二端口、三端口;所述ASE光源(1‑1)发射出的近红外光经过所述三端口环形器(1‑2)的一端口入射,二端口出射进入所述光纤Bragg光栅传感器(1‑3)后,其反射光经所述三端口环形器(1‑2)的三端口出射至光纤耦合器(1‑4);
所述光纤耦合器(1‑4)为1:1光纤耦合器,所述光纤耦合器(1‑4)将光纤Bragg光栅传感器(1‑3)反射光分束,平均分为测量光路和参考光路;
所述边缘滤波器(1‑5)选用啁啾光栅,对所述测量光路进行线性滤波;所述测量光路经过边缘滤波器(1‑5)滤波后,再传输至第一光电转换电路(1‑6)中;
将经过滤波的测量光路和参考光路输入至所述信号调理单元中,获得测量光路与参考光路对应的有效电压值,经过A/D采样单元进行采样,转换成上位机(1‑18)可以直接处理的数字信号;
所述将经过滤波和光电转换的测量光路和参考光路电流信号输入至所述信号调理单元中后,经过所述第一电流电压转换电路(1‑8)、第二电流电压转换电路(1‑9)对电流信号先进行对数放大再转化为电压信号,所述第一线性放大电路(1‑10)、第二线性放大电路(1‑
11)对转化后的电压进行二级放大,所述第一低通滤波器(1‑12)、第二低通滤波器(1‑13)滤除高频噪声,暗电流补偿电路用于抵消由于所述光电转换单元的PIN光电二极管具有的暗电流所产生的误差;
进行边缘滤波器波长与光强的标定,所述边缘滤波器选用啁啾光栅,对所述测量光路进行线性滤波;
所述ASE光源发射近红外光,发射的近红外光经所述三端口环形器进入到所述光纤Bragg光栅传感器上;
所述光纤耦合器将光纤光栅传感器反射光分束,平均分为测量光路和参考光路;所述测量光路经过边缘滤波器滤波后,再传输至第一光电转换电路中;所述参考光路直接输入第二光电转换电路中;将光栅中心波长的漂移量转化成所述边缘滤波器的透射端光强的变化;
边缘滤波器滤波后的光强与波长的关系为线性关系,用式(2‑1)表示,其中,k为线性滤波器件的斜率,λ0为中心波长初始值,即I(λ0)为参考光强,λ为待测中心波长,I(λ)为待测光强;
I(λ0)‑I(λ)=k(λ0‑λ) (2‑1)
而光纤Bragg光栅传感器中心波长的反射率近似用高斯曲线表示如式(2‑2)所示:2
R(λ,λ0)=y0+R0exp[‑a(λ‑λ0) ] (2‑2)其中,y0为背景反射分量;R0为峰值反射率,λ0为光纤Bragg光栅的传感阵列的中心波长,这里的a为常数,经过边缘滤波器上的传感器反射光可以表示为:P0为光源的输出功率,把公式(2‑1),(2‑2)代入公式(2‑3)可以得到(2‑4),从式中可知,当传感器感知外接参量变化时其波长发生变化即为λ+Δλ,其中心波长变化量Δλ与反射光强的变化也是线性的;
因此,通过边缘滤波器的透射光强就可以得出传感器的中心波长漂移量,从而实现对传感器的中心波长解调,如式(2‑5):将经过滤波和光电转换的测量光路和参考光路电流信号输入至所述信号调理单元中,所述信号调理单元对输入的电流信号进行电流电压转换,线性放大、低通滤波,再输出电压信号;
所述信号调理单元输出的电压信号进入A/D采样电路,将模拟量信号转换为可以直接被上位机处理的数字量信号,之后传输到所述上位机进行过反演计算,得到反射光中心波长漂移量并显示结果。
2.一种光纤光栅中心波长解调仪,其特征在于:采用如权利要求1中所述的基于边缘滤波的光纤光栅中心波长解调方法的硬件及软件搭建。