本發(fā)明涉及光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種溫度控制方法、裝置及光纖光柵傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光纖光柵傳感器是利用外界信號調(diào)制于光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)，導(dǎo)致FBG中應(yīng)變發(fā)生變化，從而導(dǎo)致反射光的中心波長發(fā)生變化，通過探測中心波長的變化探測外界信號的傳感器。光纖光柵傳感器相對于常規(guī)的電磁類傳感器，在靈敏度、大動態(tài)范圍、可靠性、復(fù)用能力等方面具有明顯的優(yōu)勢，成為高性能傳感器發(fā)展的一個重要方向。

用FBG來測量動態(tài)信號，可以通過快速掃描光纖可調(diào)諧濾波器(FFP)，匹配FBG或邊緣濾波器以及非平衡干涉儀的方法實(shí)現(xiàn)對動態(tài)波長變化的探測。其中，非平衡干涉儀的方法具有最高的波長分辨率，并且頻率范圍較大，因此在微弱動態(tài)信號(如振動、聲音等)的檢測方面具有很好的應(yīng)用前景。非平衡干涉儀方法與波分復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，可以構(gòu)成高波長分辨率的光纖光柵傳感系統(tǒng)。

但在實(shí)際工程應(yīng)用中，如光纖光柵檢波器陣列或光纖光柵水聽器陣列等，由于FBG自身對溫度極為敏感，在溫度有較大范圍變化的應(yīng)用環(huán)境中，F(xiàn)BG的中心波長容易漂移出波分復(fù)用器的通道，導(dǎo)致光纖光柵傳感系統(tǒng)無法正常工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種溫度控制方法、裝置及光纖光柵傳感系統(tǒng)，以有效地改善光纖光柵傳感器陣列中各個光纖光柵的中心波長容易漂移出波分復(fù)用器中對應(yīng)通道的工作波段，導(dǎo)致光纖光柵傳感系統(tǒng)無法正常工作的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光纖光柵傳感系統(tǒng)，包括密集波分復(fù)用器、溫度監(jiān)控裝置、光纖光柵傳感器陣列及控制器。所述光纖光柵傳感器陣列、所述控制器及所述溫度監(jiān)控裝置均與所述密集波分復(fù)用器耦合，所述控制器與所述溫度監(jiān)控裝置耦合。所述控制器用于獲取所述光纖光柵傳感器陣列的工作溫度的變化量，并根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量，將所述溫度調(diào)節(jié)量發(fā)送給所述溫度監(jiān)控裝置。所述溫度監(jiān)控裝置用于根據(jù)所接收到的所述溫度調(diào)節(jié)量及預(yù)設(shè)的初始工作溫度調(diào)節(jié)所述密集波分復(fù)用器的工作溫度。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述溫度監(jiān)控裝置包括變溫片、第一溫度傳感器和溫度控制電路。所述變溫片與所述第一溫度傳感器均安裝在所述密集波分復(fù)用器上，所述變溫片及所述第一溫度傳感器均與所述溫度控制電路耦合，所述溫度控制電路與所述控制器耦合。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述變溫片為半導(dǎo)體制冷器。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述光纖光柵傳感系統(tǒng)還包括第二溫度傳感器，所述第二溫度傳感器與所述控制器耦合。所述第二溫度傳感器用于采集所述光纖光柵傳感器陣列的工作溫度，將所采集到的工作溫度發(fā)送至所述控制器。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述光纖光柵傳感系統(tǒng)還包括光源模塊、干涉儀及探測器。所述探測器與所述控制器耦合。所述光源模塊發(fā)出的信號光傳輸至所述光纖光柵傳感器陣列，經(jīng)所述光纖光柵傳感器陣列反射的信號光進(jìn)入所述干涉儀發(fā)生干涉，所述干涉儀輸出的干涉信號進(jìn)入所述密集波分復(fù)用器，經(jīng)所述密集波分復(fù)用器的波長分離處理后，入射到所述探測器。其中，所述干涉儀為非等臂長的邁克爾遜光纖干涉儀。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述邁克爾遜光纖干涉儀包括兩個光纖臂，其中一個所述光纖臂繞制在一個光纖調(diào)制器上，所述光纖調(diào)制器與一信號發(fā)生器耦合，所述信號發(fā)生器與所述控制器耦合。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述密集波分復(fù)用器為有熱型陣列波導(dǎo)光柵。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種溫度控制方法，應(yīng)用于上述光纖光柵傳感系統(tǒng)。所述方法包括：獲取光纖光柵傳感器陣列的工作溫度的變化量，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量；將所述溫度調(diào)節(jié)量發(fā)送給所述溫度監(jiān)控裝置，以使所述溫度監(jiān)控裝置根據(jù)所述溫度調(diào)節(jié)量及密集波分復(fù)用器的初始工作溫度調(diào)節(jié)所述密集波分復(fù)用器的工作溫度。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述獲取光纖光柵傳感器陣列的工作溫度的變化量，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量的步驟，包括：獲取光纖光柵傳感器陣列的當(dāng)前工作溫度，根據(jù)所獲取的光纖光柵傳感器陣列的工作溫度與預(yù)設(shè)指定溫度的差值獲得變化量；當(dāng)所述變化量超過預(yù)設(shè)范圍時，根據(jù)預(yù)設(shè)的第一溫度系數(shù)、第二溫度系數(shù)及所述變化量獲得溫度調(diào)節(jié)量，其中，所述第一溫度系數(shù)為所述光纖光柵傳感器陣列的溫度靈敏度，所述第二溫度系數(shù)為所述密集波分復(fù)用器的溫度靈敏度。

第三方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種溫度控制裝置，運(yùn)行于上述的光纖光柵傳感系統(tǒng)中的控制器，所述溫度控制裝置包括：獲取模塊和發(fā)送模塊。其中，獲取模塊用于獲取光纖光柵傳感器陣列的工作溫度的變化量，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量。發(fā)送模塊用于將所述溫度調(diào)節(jié)量發(fā)送給所述溫度監(jiān)控裝置，以使所述溫度監(jiān)控裝置根據(jù)所述溫度調(diào)節(jié)量及密集波分復(fù)用器的初始工作溫度調(diào)節(jié)所述密集波分復(fù)用器的工作溫度。

本發(fā)明實(shí)施例提供的光纖光柵傳感系統(tǒng)通過設(shè)置溫度監(jiān)控裝置監(jiān)測并控制密集波分復(fù)用器的工作溫度，控制器獲取光纖光柵傳感器陣列的工作溫度的變化量，再根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則得到溫度調(diào)節(jié)量，將所得到的溫度調(diào)節(jié)量發(fā)送至溫度監(jiān)控裝置，使得溫度監(jiān)控裝置根據(jù)所獲得的溫度調(diào)節(jié)量及密集波分復(fù)用器的當(dāng)前工作溫度調(diào)節(jié)密集波分復(fù)用器的工作溫度，以避免光纖光柵傳感器陣列中各個光纖光柵傳感器的中心波長受外部環(huán)境溫度變化的影響漂移出密集波分復(fù)用器中對應(yīng)的復(fù)用通道的工作波段，從而有效地保證了光纖光柵傳感器陣列的工作環(huán)境溫差較大時光纖光柵傳感系統(tǒng)的正常工作。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的光纖光柵傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的光纖光柵傳感系統(tǒng)的光譜示意圖；

圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的溫度監(jiān)控裝置與密集波分復(fù)用器的封裝示意圖；

圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的一種溫度控制方法的方法流程圖；

圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的另一種溫度控制方法的方法流程圖；

圖8為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的一種溫度控制裝置的功能模塊框圖；

圖9為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的另一種溫度控制裝置的功能模塊框圖。

圖中：10-光纖光柵傳感系統(tǒng)；11-光源模塊；12-環(huán)形器；13-光纖光柵傳感器陣列；14-干涉儀；141-光纖耦合器；142-光纖臂；143-光纖法拉第旋轉(zhuǎn)反射器；144-光纖調(diào)制器；145-信號發(fā)生器；15-密集波分復(fù)用器；16-溫度監(jiān)控裝置；161-變溫片；162-第一溫度傳感器；163-溫度控制電路；164-導(dǎo)熱介質(zhì)；165-隔熱材料；17-探測器；18-控制器；181-同步采集單元；182-信號處理單元；80-溫度控制裝置；81-獲取模塊；811-變化量獲取子模塊；812-溫度調(diào)節(jié)量獲取子模塊；82-發(fā)送模塊。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“耦合”、“連接”應(yīng)做廣義理解。例如，耦合可以是兩個元件之間的直接耦合或通信連接，也可以是通過一些通信接口或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

光纖光柵傳感系統(tǒng)的實(shí)際工程應(yīng)用中，由于光纖光柵自身對溫度極為敏感，在溫差較大的應(yīng)用環(huán)境中，光纖光柵的中心波長容易漂移出復(fù)用器的通道的工作波段，導(dǎo)致光纖光柵傳感系統(tǒng)無法正常工作。例如，光纖光柵的溫度靈敏度約為10pm/℃，而100GHz的密集波分復(fù)用器的通道帶寬約為300pm，因此光纖光柵的溫度使用范圍約為30℃，對于溫度變化較大的使用環(huán)境，遠(yuǎn)不能滿足。若采用帶寬更寬的密集波分復(fù)用器，如200GHz以上的帶寬，盡管能夠增大光纖光柵的溫度使用范圍，但對于光譜寬度一定的光源，增大密集波分復(fù)用器的帶寬會降低復(fù)用密度，減少復(fù)用陣列中光纖光柵的數(shù)量，不利于降低系統(tǒng)的成本。

為了滿足實(shí)際工程應(yīng)用的需要，現(xiàn)有技術(shù)中大多通過控制光纖光柵的工作溫度來改善光纖光柵的溫度偏移問題，然而光纖光柵傳感系統(tǒng)中光纖光柵傳感陣列通常包括多個分布式設(shè)置的光纖光柵，導(dǎo)致光纖光柵的工作溫度控制難度較大，成本較高。

經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，光纖光柵傳感系統(tǒng)中，當(dāng)光纖光柵受到環(huán)境溫度變化影響中心波長漂移出密集波分復(fù)用器的對應(yīng)通道的工作波段時，可以通過控制密集波分復(fù)用器的工作溫度，使得密集波分復(fù)用器的各個復(fù)用通道的工作波段也相應(yīng)地發(fā)生漂移，以使得光纖光柵受環(huán)境溫度變化影響漂移后的中心波長依然位于密集波分復(fù)用器中對應(yīng)復(fù)用通道的工作波段內(nèi)，保證光纖光柵傳感系統(tǒng)的正常工作。

第一實(shí)施例

如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種光纖光柵傳感系統(tǒng)10，包括光源模塊11、環(huán)形器12、光纖光柵傳感器陣列13、干涉儀14、密集波分復(fù)用器15、溫度監(jiān)控裝置16、探測器17及控制器18。

其中，光源模塊11為寬帶連續(xù)光源。例如，可以采用波長范圍為1525nm～1595nm的C+L波段連續(xù)放大自發(fā)輻射光源。

光纖光柵傳感器陣列13包括多個具有不同中心波長的光纖光柵傳感器。且上述多個光纖光柵傳感器的波長變化范圍不重疊。本實(shí)施例中各個光纖光柵傳感器的中心波長優(yōu)選依據(jù)ITU標(biāo)準(zhǔn)按照100GHz(0.8nm)間隔。各個光纖光柵傳感器串聯(lián)在一起，例如，可以通過熔接的方式串聯(lián)在一起，熔接損耗優(yōu)選控制在0.1dB以內(nèi)。

本實(shí)施例中，密集波分復(fù)用器15為溫度敏感型密集波分復(fù)用器，具有N個復(fù)用通道，N為大于或等于1的整數(shù)。例如，當(dāng)帶寬為60nm的寬帶連續(xù)光源，100GHz的密集波分復(fù)用器時，N為80，此時光纖光柵傳感器陣列所包括的光纖光柵傳感器的數(shù)量大于或等于1且小于或等于80。本實(shí)施例中密集波分復(fù)用器可以采用有熱型陣列波導(dǎo)光柵(Arrayed Waveguide Grating，AWG)器件。

初始工作溫度下，密集波分復(fù)用器15的各個復(fù)用通道的中心波長與光纖光柵傳感器陣列13中各個光纖光柵傳感器的中心波長一一對應(yīng)。例如，當(dāng)光纖光柵傳感器的數(shù)量為60時，其中心波長分別為λ₆₀、λ₅₉、…、λ₀₂、λ₀₁，密集波分復(fù)用器15至少包括60個復(fù)用通道，將60個復(fù)用通道分別標(biāo)記為C60、C59、…、C02、C01。此時，如圖2所示，一個光纖光柵傳感器的中心波長對應(yīng)于一個復(fù)用通道的工作波段的中心波長。需要說明的是，初始工作溫度由實(shí)際采用的光纖光柵傳感器陣列13與密集波分復(fù)用器15的具體參數(shù)決定。具體的，該初始工作溫度為光纖光柵傳感器陣列13在指定溫度下工作時，密集波分復(fù)用器15的各個復(fù)用通道的中心波長要實(shí)現(xiàn)與光纖光柵傳感器陣列13中各個光纖光柵傳感器的中心波長一一對應(yīng)所需的工作溫度。上述指定溫度通常為室溫(25℃)。

溫度監(jiān)控裝置16分別與控制器18及密集波分復(fù)用器15耦合。其中，控制器18用于獲取光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化量，并根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量，將溫度調(diào)節(jié)量發(fā)送給所述溫度監(jiān)控裝置16。溫度監(jiān)控裝置16用于根據(jù)所接收到的溫度調(diào)節(jié)量及預(yù)設(shè)的初始工作溫度調(diào)節(jié)密集波分復(fù)用器15的工作溫度。需要說明的是，該溫度調(diào)節(jié)量為相對于密集波分復(fù)用器15的初始工作溫度的溫度調(diào)節(jié)量。例如，假設(shè)密集波分復(fù)用器15的初始工作溫度為25℃，溫度調(diào)節(jié)量為20℃，若密集波分復(fù)用器15的當(dāng)前工作溫度也為25℃，則需要將密集波分復(fù)用器15的工作溫度調(diào)節(jié)至45℃，若密集波分復(fù)用器15的當(dāng)前工作溫度為10℃，則也需要將密集波分復(fù)用器15的工作溫度調(diào)節(jié)至45℃。

具體的，如圖3所示，溫度監(jiān)控裝置16包括變溫片161、第一溫度傳感器162和溫度控制電路163。變溫片161與第一溫度傳感器162均安裝在密集波分復(fù)用器15上。變溫片161及第一溫度傳感器162均與溫度控制電路163耦合，溫度控制電路163與控制器18耦合。為了增加密集波分復(fù)用器15與變溫片161、第一溫度傳感器162之間的熱傳遞，密集波分復(fù)用器15通過導(dǎo)熱介質(zhì)164如導(dǎo)熱硅膠等與變溫片161和第一溫度傳感器162封裝在一起，并通過隔熱材料165例如聚氨酯泡沫塑料包裹，避免外界環(huán)境溫度的影響。

其中，第一溫度傳感器162用于監(jiān)測密集波分復(fù)用器15的當(dāng)前工作溫度。變溫片161用于在溫度控制電路163的控制下改變密集波分復(fù)用器15的工作溫度。本實(shí)施例中，變溫片161可以優(yōu)選采用半導(dǎo)體致冷器。當(dāng)然，變溫片161也可以采用電熱絲等控溫器件。

進(jìn)一步地，溫度監(jiān)控裝置16還可以包括顯示器，顯示器與溫度控制電路163耦合，用于顯示第一溫度傳感器162采集的密集波分復(fù)用器15的當(dāng)前工作溫度。

作為一種實(shí)施方式，當(dāng)沒有接收到攜帶溫度調(diào)節(jié)量的外部控制指令時，溫度控制電路163可以根據(jù)第一溫度傳感器162采集到的密集波分復(fù)用器15的當(dāng)前工作溫度以及上述初始工作溫度，控制變溫片161工作，使得密集波分復(fù)用器15的工作溫度始終維持上述初始工作溫度。當(dāng)接收到攜帶溫度調(diào)節(jié)量的外部控制指令時，溫度控制電路163根據(jù)接收到的溫度調(diào)節(jié)量及密集波分復(fù)用器15的當(dāng)前工作溫度控制變溫片161工作，以調(diào)節(jié)密集波分復(fù)用器15的工作溫度。例如，密集波分復(fù)用器15的初始工作溫度為25℃，溫度調(diào)節(jié)量為-40℃，則需控制變溫片161工作將密集波分復(fù)用器15的工作溫度調(diào)節(jié)至-15℃。

控制器18獲取光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化量，并根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量的具體實(shí)施方式可以為：在光纖光柵傳感器陣列13的工作環(huán)境中設(shè)置第二溫度傳感器，第二溫度傳感器與控制器18耦合。第二溫度傳感器用于采集光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度，并將所采集到的工作溫度發(fā)送至控制器18。控制器18獲取到光纖光柵傳感器陣列13的當(dāng)前工作溫度后，根據(jù)光纖光柵傳感器陣列13的當(dāng)前工作溫度與預(yù)設(shè)的指定溫度的差值獲得變化量。當(dāng)該變化量超過預(yù)設(shè)范圍時，根據(jù)預(yù)設(shè)的第一溫度系數(shù)、第二溫度系數(shù)及該變化量獲得溫度調(diào)節(jié)量。其中，第一溫度系數(shù)為光纖光柵傳感器陣列13的溫度靈敏度，第二溫度系數(shù)為密集波分復(fù)用器15的溫度靈敏度。預(yù)設(shè)范圍可以根據(jù)密集波分復(fù)用器15的帶寬和光纖光柵傳感器陣列13的溫度靈敏度設(shè)置。例如，密集波分復(fù)用器15采用100GHz的有熱型AWG器件，通道帶寬約為0.3nm，而光纖光柵的溫度靈敏度約為10pm/℃時，光纖光柵傳感器的工作溫度范圍約為30℃。此時，預(yù)設(shè)范圍為[-15，15]，當(dāng)光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度發(fā)生變化超過該預(yù)設(shè)范圍時，計(jì)算溫度調(diào)節(jié)量。

具體的，可以根據(jù)公式ΔT＝T₁*C₁/C₂獲得溫度調(diào)節(jié)量ΔT。其中，T₁表示上述變化量，C₁表示第一溫度系數(shù)，C₂表示第二溫度系數(shù)。例如，當(dāng)指定溫度為25℃，光纖光柵傳感器陣列13的當(dāng)前工作溫度為45℃時，T₁為20℃。

另外，對于已知該區(qū)域的大致溫度變化情況的某些應(yīng)用地區(qū)，控制器18獲取光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化量，并根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量的具體實(shí)施方式還可以為：將該區(qū)域的溫度信息編制成定時控制程序，預(yù)先存儲在存儲器中，控制器18運(yùn)行該定時控制程序，根據(jù)預(yù)設(shè)的時間信息發(fā)送對應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)量至溫度監(jiān)控裝置16。需要說明的是，該區(qū)域溫度的估算或測量誤差應(yīng)不超過±5℃。使得密集波分復(fù)用器15的工作溫度根據(jù)光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化而變化，保持光纖光柵傳感器陣列13中各個光纖光柵傳感器的中心波長與密集波分復(fù)用器15的各個復(fù)用通道的中心波長一一對應(yīng)，從而保證光纖光柵傳感系統(tǒng)10的正常工作。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例提供的光纖光柵傳感系統(tǒng)10中，干涉儀14為非平衡干涉儀，可以采用光纖邁克爾遜干涉儀或光纖馬赫-曾德干涉儀?？梢岳斫獾氖牵饫w干涉儀可能會因外部環(huán)境擾動而引起偏振衰落和相位隨機(jī)衰落。其中，偏振衰落是指普通單模光纖由于雙折射效應(yīng)的存在使得兩束相干光的偏振態(tài)會隨機(jī)變化，導(dǎo)致干涉儀14輸出的干涉信號的可見度隨之變化，尤其是當(dāng)兩束相干光的偏振態(tài)正交時，干涉儀14輸出的干涉信號完全消失，產(chǎn)生偏振誘導(dǎo)信號衰落效應(yīng)。相位隨機(jī)衰落是指干涉儀14的光纖臂受到外部環(huán)境擾動的影響引起光纖臂中傳輸?shù)墓庑盘柕南辔黄?，?dǎo)致干涉儀14輸出的干涉信號的衰落。

為了便于克服干涉儀14存在的偏振衰落問題，在本實(shí)施例的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，干涉儀14采用非等臂長的光纖邁克爾遜干涉儀。

具體的，如圖4所示，干涉儀14包括光纖耦合器141、兩個光纖臂142及兩個光纖法拉第旋轉(zhuǎn)反射器143，信號光沿圖4所示的箭頭方向傳輸。每個光纖臂142與光纖耦合器141的一個連接端耦合，每個光纖臂142的另一端與一個光纖法拉第旋轉(zhuǎn)反射器143耦合。通過設(shè)置光纖法拉第旋轉(zhuǎn)反射器143能夠有效地消除干涉儀14存在的偏振衰落，提高干涉儀14輸出的干涉信號的信噪比。

其中，光纖耦合器141可以采用分光比為50：50的2×2光纖耦合器。兩個光纖臂142的臂長差具體根據(jù)系統(tǒng)的分辨率需求以及光纖光柵傳感器的相干長度設(shè)置。本實(shí)施例中，兩個光纖臂142的臂長差可以設(shè)計(jì)為4～6mm，例如，可以設(shè)計(jì)為5mm。

此外，為了進(jìn)一步消除干涉儀14的相位隨機(jī)衰落影響，作為一種實(shí)施方式，將干涉儀14的一個光纖臂142繞制在一個光纖調(diào)制器144上，如圖4所示。該光纖調(diào)制器144為相位調(diào)制器，本實(shí)施例中，光纖調(diào)制器144可以為徑向極化的壓電陶瓷圓環(huán)。將光纖調(diào)制器144與一信號發(fā)生器145耦合，信號發(fā)生器145與控制器18耦合。此時，可以通過預(yù)設(shè)的相位產(chǎn)生載波(PGC)算法控制信號發(fā)生器145輸出的正弦信號，從而控制光纖調(diào)制器144對該光纖臂142施加相位調(diào)制信號，通過調(diào)制該光纖臂142中傳輸?shù)男盘柟庹{(diào)制干涉儀14輸出的干涉信號的相位差，消除干涉儀14的相位隨機(jī)衰落影響。本實(shí)施例中，信號發(fā)生器145可以為一個標(biāo)準(zhǔn)正弦信號發(fā)生電路板，當(dāng)然，也可以為數(shù)字信號發(fā)生器。

進(jìn)一步的，探測器17為光電探測器陣列，包括多個光電探測器。例如，光纖光柵傳感器陣列13包括M個光纖光柵傳感器，相應(yīng)地，密集波分復(fù)用器15則至少包括M個復(fù)用通道，光電探測器陣列至少包括M個光電探測器。每個光電探測器連接密集波分復(fù)用器15的一個復(fù)用通道，采集該復(fù)用通道輸出的干涉信號，轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送到控制器18。本實(shí)施例中，光電探測器可以采用帶有前置放大電路的半導(dǎo)體InGaAs PIN型光電二極管探測電路。

本實(shí)施例中，如圖5所示，控制器18包括同步采集單元181及信號處理單元182。同步采集單元181的位數(shù)大于16位，通道數(shù)大于N+1。同步采集單元181的一個通道用于采集信號發(fā)生器145產(chǎn)生的信號。信號處理單元182可以為單片機(jī)、ARM、DSP或FPGA等具有信號處理能力的集成電路芯片。信號處理單元182除了用于獲取光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化量，并根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量，將溫度調(diào)節(jié)量發(fā)送給溫度監(jiān)控裝置16外，還用于通過基于相位產(chǎn)生載波算法的波長解調(diào)算法或基于外差探測的波長解調(diào)算法，處理還原波長變化信號。需要說明的是，同步采集單元181、信號處理單元182及信號發(fā)生器145可以是分立器件，也可以是集成電路器件。

本發(fā)明提供的光纖光柵傳感系統(tǒng)10的工作原理如下：

光源模塊11發(fā)出的光經(jīng)環(huán)形器12傳輸給光纖光柵傳感器陣列13，光纖光柵傳感器陣列13的反射光經(jīng)環(huán)形器12進(jìn)入干涉儀14，使得各個光纖光柵傳感器的反射光分別發(fā)生干涉形成不同波長的干涉信號。干涉儀14輸出的不同波長的干涉信號進(jìn)入密集波分復(fù)用器15，密集波分復(fù)用器15具有多個復(fù)用通道，將不同波長的干涉信號進(jìn)行分離，并將分離后的不同波長的干涉信號入射到探測器17。探測器17將接收到的干涉信號轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送至控制器18處理。其中，光纖光柵傳感器陣列13中各個光纖光柵傳感器的中心波長與密集波分復(fù)用器15的各個復(fù)用通道的中心波長一一對應(yīng)。

探測器17探測到的干涉信號的光強(qiáng)I可以表示為：

式(1)中，I₀為探測到的光強(qiáng)，k為干涉條紋的可見度，為干涉儀14兩光纖臂142中傳輸?shù)男盘柟獾南辔徊钭兓?，為信號光的初始相位。光纖光柵傳感器通過反射光波長受外界信號如應(yīng)變的影響發(fā)生變化，探測外界信號，光纖光柵傳感器的反射光波長的改變量Δλ經(jīng)臂長差為d_f的干涉儀14放大為相位差變化：

式(2)中，λ_B表示光纖光柵傳感器的布拉格波長，n表示光纖光柵傳感器的有效折射率。通過相位解調(diào)技術(shù)，如基于相位產(chǎn)生載波算法的解調(diào)算法或基于外差探測的解調(diào)算法，從干涉條紋中提取相位信息，得到然后利用(2)式得到光纖光柵傳感器的波長的改變量Δλ，可實(shí)現(xiàn)高分辨率的波長檢測。

本發(fā)明實(shí)施例提供的光纖光柵傳感系統(tǒng)10通過設(shè)置溫度監(jiān)控裝置16監(jiān)測并控制密集波分復(fù)用器15的工作溫度，控制器18獲取光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化量，再根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則得到溫度調(diào)節(jié)量，將所得到的溫度調(diào)節(jié)量發(fā)送至溫度監(jiān)控裝置16，使得溫度監(jiān)控裝置16根據(jù)所獲得的溫度調(diào)節(jié)量及密集波分復(fù)用器15的當(dāng)前工作溫度調(diào)節(jié)密集波分復(fù)用器15的工作溫度，以避免光纖光柵傳感器陣列13中各個光纖光柵傳感器的中心波長受外部環(huán)境溫度變化的影響漂移出密集波分復(fù)用器15中對應(yīng)的復(fù)用通道的工作波段，從而有效地保證了光纖光柵傳感器陣列13的工作環(huán)境溫差較大時光纖光柵傳感系統(tǒng)10的正常工作。

第二實(shí)施例

本實(shí)施例提供了一種溫度控制方法，應(yīng)用于上述第一實(shí)施例提供的光纖光柵傳感系統(tǒng)10。如圖6所示，該溫度控制方法包括步驟S61和步驟S62。

步驟S61，獲取光纖光柵傳感器陣列的工作溫度的變化量，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量。

作為一種實(shí)施方式，可以由設(shè)置在光纖光柵傳感器陣列13的工作環(huán)境中的第二溫度傳感器實(shí)時采集光纖光柵傳感器陣列13的當(dāng)前工作溫度發(fā)送至控制器18。

此時，如圖7所示，步驟S61包括以下步驟S71和步驟S72。

步驟S71，獲取光纖光柵傳感器陣列的當(dāng)前工作溫度，根據(jù)所獲取的光纖光柵傳感器陣列的工作溫度與預(yù)設(shè)指定溫度的差值獲得變化量。

光纖光柵傳感器陣列13在指定溫度下工作時，密集波分復(fù)用器15的各個復(fù)用通道在初始工作溫度下的中心波長與光纖光柵傳感器陣列13中各個光纖光柵傳感器的中心波長一一對應(yīng)?？刂破?8接收到光纖光柵傳感器陣列13的當(dāng)前工作溫度后，可以根據(jù)所獲取的光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度與預(yù)設(shè)指定溫度的差值獲得變化量。該變化量即由于外部環(huán)境溫度的變化導(dǎo)致的光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化量。

步驟S72，當(dāng)所述變化量超過預(yù)設(shè)范圍時，根據(jù)預(yù)設(shè)的第一溫度系數(shù)、第二溫度系數(shù)及所述變化量獲得溫度調(diào)節(jié)量。

其中，所述第一溫度系數(shù)為所述光纖光柵傳感器陣列13的溫度靈敏度，所述第二溫度系數(shù)為所述密集波分復(fù)用器15的溫度靈敏度。

當(dāng)光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化量超過一定值時，光纖光柵傳感器陣列13的中心波長可能漂移出密集波分復(fù)用器15的相應(yīng)復(fù)用通道的工作波段，使得光纖光柵傳感系統(tǒng)10無法正常工作。例如，密集波分復(fù)用器15采用100GHz的有熱型AWG器件，通道帶寬約為0.3nm，而光纖光柵的溫度靈敏度約為10pm/℃時，光纖光柵傳感器的工作溫度范圍約為30℃。

因此，本實(shí)施例中，將所獲得的變化量與預(yù)設(shè)范圍比較，當(dāng)該變化量超過預(yù)設(shè)范圍時，根據(jù)預(yù)設(shè)的第一溫度系數(shù)、第二溫度系數(shù)及所述變化量獲得溫度調(diào)節(jié)量，以根據(jù)所獲得的溫度調(diào)節(jié)量控制密集波分復(fù)用器15的工作溫度，使得密集波分復(fù)用器15的工作溫度隨著光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化而變化，保證光纖光柵傳感器陣列13中各個光纖光柵傳感器的中心波長與密集波分復(fù)用器15的各個復(fù)用通道的中心波長一一對應(yīng)。其中，預(yù)設(shè)范圍可以根據(jù)密集波分復(fù)用器15的帶寬和光纖光柵傳感器陣列13的溫度靈敏度設(shè)置。例如，密集波分復(fù)用器15的通道帶寬約為0.3nm，光纖光柵的溫度靈敏度約為10pm/℃時，預(yù)設(shè)范圍可以設(shè)置為[-15，15]。

具體的，可以根據(jù)公式ΔT＝T₁*C₁/C₂獲得溫度調(diào)節(jié)量ΔT。其中，T₁表示上述變化量，C₁表示第一溫度系數(shù)，C₂表示第二溫度系數(shù)。例如，當(dāng)指定溫度為25℃，光纖光柵傳感器陣列13的當(dāng)前工作溫度為45℃時，T₁為20℃。

當(dāng)該變化量沒有超過預(yù)設(shè)范圍時，表示光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度在其使用范圍內(nèi)，不計(jì)算溫度調(diào)節(jié)量，不執(zhí)行步驟S62。此時，密集波分復(fù)用器15維持當(dāng)前的工作溫度。

除了上述方式外，對于已知該區(qū)域的大致溫度變化情況的某些應(yīng)用地區(qū)，獲取光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化量，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量的實(shí)施方式還可以為：將該區(qū)域的溫度信息編制成定時控制程序，預(yù)先存儲在存儲器中，控制器18運(yùn)行該定時控制程序，根據(jù)預(yù)設(shè)的時間信息獲取對應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)量。例如，中午12點(diǎn)對應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)量為20度，晚上19點(diǎn)對應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)量為-20度。

步驟S62，將所述溫度調(diào)節(jié)量發(fā)送給所述溫度監(jiān)控裝置，以使所述溫度監(jiān)控裝置根據(jù)所述溫度調(diào)節(jié)量及密集波分復(fù)用器的初始工作溫度調(diào)節(jié)所述密集波分復(fù)用器的工作溫度。

溫度監(jiān)控裝置16接收到控制器18發(fā)送的溫度調(diào)節(jié)量后，根據(jù)溫度調(diào)節(jié)量及密集波分復(fù)用器15的初始工作溫度調(diào)節(jié)密集波分復(fù)用器15的工作溫度。例如，密集波分復(fù)用器15的初始工作溫度為25℃，溫度調(diào)節(jié)量為20℃，則需要將密集波分復(fù)用器15的工作溫度調(diào)節(jié)至45℃。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的方法的具體工作過程，可以參考前述系統(tǒng)實(shí)施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

將本實(shí)施例提供的溫度控制方法應(yīng)用于上述第一實(shí)施例提供的光纖光柵傳感系統(tǒng)10中，使得密集波分復(fù)用器15的工作溫度隨著光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化而變化，有效地保證了光纖光柵傳感器陣列13的工作環(huán)境溫差較大時光纖光柵傳感系統(tǒng)10的正常工作。

第三實(shí)施例

本實(shí)施例提供了一種溫度控制裝置，運(yùn)行于上述第一實(shí)施例提供的光纖光柵傳感系統(tǒng)10的控制器18。如圖8所示，該溫度控制裝置80包括：獲取模塊81和發(fā)送模塊82。

其中，獲取模塊81，用于獲取光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度的變化量，根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲得溫度調(diào)節(jié)量。

發(fā)送模塊82，用于將所述溫度調(diào)節(jié)量發(fā)送給所述溫度監(jiān)控裝置16，以使所述溫度監(jiān)控裝置16根據(jù)所述溫度調(diào)節(jié)量及密集波分復(fù)用器15的初始工作溫度調(diào)節(jié)所述密集波分復(fù)用器15的工作溫度。

具體的，如圖9所示，獲取模塊81包括變化量獲取子模塊811和溫度調(diào)節(jié)量獲取子模塊812。

其中，變化量獲取子模塊811，用于獲取光纖光柵傳感器陣列13的當(dāng)前工作溫度，根據(jù)所獲取的光纖光柵傳感器陣列13的工作溫度與預(yù)設(shè)指定溫度的差值獲得變化量。

溫度調(diào)節(jié)量獲取子模塊812，用于當(dāng)所述變化量超過預(yù)設(shè)范圍時，根據(jù)預(yù)設(shè)的第一溫度系數(shù)、第二溫度系數(shù)及所述變化量獲得溫度調(diào)節(jié)量，其中，所述第一溫度系數(shù)為所述光纖光柵傳感器陣列13的溫度靈敏度，所述第二溫度系數(shù)為所述密集波分復(fù)用器15的溫度靈敏度。

以上各模塊可以是由軟件代碼實(shí)現(xiàn)，此時，上述的各模塊可存儲于控制器18中所包括的存儲器內(nèi)。以上各模塊同樣可以由硬件例如集成電路芯片實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)施例所提供的溫度控制裝置80，其實(shí)現(xiàn)原理及產(chǎn)生的技術(shù)效果和前述方法實(shí)施例相同，為簡要描述，裝置實(shí)施例部分未提及之處，可參考前述方法實(shí)施例中相應(yīng)內(nèi)容。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。