本發(fā)明涉及光纖傳感，具體涉及一種基于可調激光器陣列的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)。

背景技術：

1、新一代信息技術的快速發(fā)展使傳感技術在未來信息科技領域中愈發(fā)關鍵，其中光纖傳感作為重要分支，在重大科學工程研究中扮演著重要角色。

2、然而，光纖傳感市場占比較小，導致其激光器大多基于通訊激光器調整驅動電路后使用，這些激光器標準波段窄且無法定制，限制了光纖光柵fbg和momes傳感器的解調能力。fbg傳感器基于反射光譜尋峰感知變化，其優(yōu)勢在于波分復用技術，但測量結構力學參數(shù)時易斷裂。而momes傳感器基于干涉式，測量干涉光譜波谷間距變化，具有較大變化空間，適合大量程、高精度測量，但串聯(lián)難度大。兩者均需激光器連續(xù)發(fā)射掃頻光進行探測，原理基于光譜感知，但現(xiàn)有系統(tǒng)因解調單一性，無法同時接入兩種傳感器并完成解調，需兩套系統(tǒng)分別解調后再集成，導致數(shù)據(jù)無法絕對同步、成本高、系統(tǒng)復雜等問題，限制了應用場景。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述存在的技術不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于可調激光器陣列的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術中存在的無法在同一通道內同時解調fbg傳感器和momes傳感器的問題。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

3、第一方面，一種基于可調激光器陣列的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)，包括：多波長可調諧激光器陣列光源、多路平面光波導分路耦合器、momes傳感器、fbg傳感器陣列、光電探測器、對數(shù)放大器、模數(shù)轉換器、fpga兼容算法平臺和上位機顯示平臺；多波長可調諧激光器陣列光源的激光器輸出接口連接多路平面光波導分路耦合器的輸入端；多路平面光波導分路耦合器的輸出端連接fbg傳感器陣列，fbg傳感器陣列末端連接momes傳感器；多路平面光波導分路耦合器返回端順序連接光電探測器、對數(shù)放大器和模數(shù)轉換器；模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號傳輸至fpga兼容性算法平臺。

4、優(yōu)選地，在第一方面的一種可能的實施方式中，激光器陣列光源由4×6個串并聯(lián)矩陣式分布單片集成的多個多波長分布式反饋單元激光器陣列構成，再經(jīng)過兩級級聯(lián)的2合1的y分支有源合波波導結構合并至一根光波導輸出，并在芯片出光的最前端集成一個半導體光放大器用于均衡最終輸出的掃頻光功率。各單元激光器波長按2nm波長間隔設計激射光柵波長，通過搭配的激光器硬件控制電路按波長大小控制對應單元激光器完成波長掃描覆蓋2nm波長間隔再順次切換下一個波長相鄰的單元激光器，以此類推24個單元激光器可順次完成覆蓋48nm波長范圍從而產(chǎn)生連續(xù)波長可變的掃頻光信號，經(jīng)過調理后的可調激光器信號連續(xù)掃描，按照5ghz（約等于8pm）固定頻率間隔輸出觸發(fā)信號，掃描光通過多路平面光波導分路耦合器的輸入端，多路平面光波導分路耦合器內部有m組1×2分路器，入射光先被分成m路，再同時由m路1×2分路器輸出，其中一路輸出先接fbg傳感器陣列，在fbg傳感器陣列尾端接一個momes傳感器，符合fbg反射條件的光先被陣列光柵連續(xù)反射，末端的momes傳感器形成連續(xù)的干涉光譜，采集端按照5ghz頻率間隔觸發(fā)采集到的數(shù)據(jù)形成連續(xù)的可調激光器反射譜。

5、優(yōu)選地，在第一方面的一種可能的實施方式中，光電探測器接收到連續(xù)的fbg反射譜以及momes傳感器干涉光譜，接收到的光信號首先由光電轉換器轉換為電流信號，再由對數(shù)放大器放大，增強動態(tài)范圍，在進行模擬信號到數(shù)字信號的轉換，輸入fpga兼容算法平臺處理。

6、優(yōu)選地，在第一方面的一種可能的實施方式中，fpga兼容算法平臺通過驅動模數(shù)轉換芯片，一個掃頻周期可以獲得5ghz間距，1216個點，共計48.4nm帶寬的光譜數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)完整包含fbg傳感器陣列反射光譜以及momes傳感器干涉光譜，在每完成一次采集后將數(shù)據(jù)實時傳輸至兩路fpga_fifo資源中，兩路含有光譜數(shù)據(jù)的fifo資源并行進行釋放，其中一路按照設置的閾值將高于閾值的數(shù)據(jù)尋找最大點，在最大點左右偏移各4個采樣點，另一路按照設置的閾值將低于閾值的數(shù)據(jù)尋找最小點，在最小點左右偏移各4個采樣點，最后將兩路包含若干波峰以及若干波谷采樣點的數(shù)據(jù)進行二項式擬合，得到連續(xù)的波峰數(shù)據(jù)以及連續(xù)的波谷數(shù)據(jù)，波峰數(shù)據(jù)的頻移代表相應fbg傳感器陣列傳感器的變化，連續(xù)相鄰波谷間距的數(shù)據(jù)即為干涉腔長的變化。

7、本發(fā)明的有益效果在于：利用波段匹配的48.4nm帶寬激光器陣列將光纖光柵fbg傳感器陣列與微光機電傳感器momes結合在一個通道內，提高了多種原理傳感器的兼容性；利用陣列激光器芯片通過單片高密度集成24個多波長dfb單元激光器并搭配與之對應的硬件控制電路完成了48nm帶寬的單模特性良好的快速波長掃頻信號的輸出，并通過前端集成的soa對輸出功率進行了功率均衡，完成波長同步信號的輸出；將兩種具有不同特征的光纖光柵fbg傳感器陣列光譜與微光機電傳感器momes光譜同步進行特征提取數(shù)據(jù)處理且互不干擾。

技術特征：

1.一種基于可調激光器陣列的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括多波長可調諧激光器陣列光源、多路平面光波導分路耦合器、momes傳感器、fbg傳感器陣列、光電探測器、對數(shù)放大器、模數(shù)轉換器、fpga兼容算法平臺和上位機顯示平臺；

2.如權利要求1所述的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述多波長可調諧激光器陣列光源由矩陣式多波長可調諧激光器陣列及其硬件控制電路組成，用于產(chǎn)生波長可連續(xù)快速變化的寬帶掃頻光信號，并按照固定頻率步長間隔的信號按波長由小到大進行順序輸出。

3.如權利要求2所述的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述矩陣式多波長可調諧激光器陣列由i×j個串并聯(lián)矩陣式分布單片集成的多個多波長分布式反饋單元激光器陣列構成，經(jīng)過多級級聯(lián)的2合1的y分支有源合波波導結構合并至一根光波導輸出，并在光波導的最前端集成一個半導體光放大器均衡輸出掃頻光信號的功率。

4.如權利要求3所述的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)，其特征在于，各單元激光器波長按預設波長間隔設置激射光柵波長，通過激光器硬件控制電路按波長大小控制對應單元激光器以固定頻率步長間隔完成波長掃描覆蓋波長間隔，再順次切換下一個波長相鄰的單元激光器，以此類推順次完成覆蓋寬帶波長范圍的快速連續(xù)掃頻光信號的輸出。

5.如權利要求1所述的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述fpga兼容算法平臺用于兼容momes干涉型傳感器和fbg反射型傳感器；

6.如權利要求5所述的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述fpga兼容算法平臺利用fpga并行計算功能實現(xiàn)波峰、相鄰波谷間距的解調步驟包括：

7.如權利要求1所述的momes及fbg融合傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述momes傳感器和所述fbg傳感器陣列同時利用光譜的波峰、波谷數(shù)據(jù)實現(xiàn)fbg傳感器陣列和momes傳感器在同一個通道同步解調。

技術總結
本發(fā)明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于可調激光器陣列的MOMES及FBG融合傳感系統(tǒng)。采用多波長可調諧激光器陣列光源產(chǎn)生快速寬帶掃頻激光，通過多路平面光波導分路耦合器分光至M路輸出，每路輸出端連接N個FBG傳感器陣列與1個MOMES傳感器，傳感信號反射光由對應光電探測器接收。經(jīng)過光電轉換器、對數(shù)放大器、模數(shù)轉換器及FPGA兼容算法平臺進行數(shù)據(jù)處理后，同時尋找每個波長點的反射光譜數(shù)據(jù)的波峰與波谷。波峰數(shù)據(jù)用于解調FBG傳感器陣列，波谷數(shù)據(jù)用于解調MOMES傳感器。該系統(tǒng)光路結構與算法設計實現(xiàn)了FBG與MOMES傳感器的同步解調，顯著提升了系統(tǒng)的兼容性和運算效率。

技術研發(fā)人員：董俊偉,戴攀,王瑜,劉遠,陳向飛
受保護的技術使用者：南京大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2