一种离轴光纤旋转连接器传输信号的处理方法与流程

专利检索2022-05-10  4



1.本发明涉及光纤光栅(fbg)传感、信号压缩以及如何处理传感信号间歇传输等问题,属于光纤光电子和信号处理领域。


背景技术:

2.目前fbg传感系统主要通过波长扫描,经边缘滤波、光电转换后传感信号由安装于计算机中的软件平台经寻峰和波长移动探测,实现传感地址查询和信号解调,标定后便可用于显示和存储待测信息。系统主要由波长可调光源、控制器、光电探测器、放大电路、数据采集装置等组成。
3.光纤旋转连接器是一种利用光在一对相向放置的准直器间耦合实现信息传递的无源器件。两准直器分别作为光纤旋转连接器的转子和定子,前者置于旋转部件上,后者置于静止观测台。
4.所述光纤旋转连接器分为同轴光纤旋转连接器和离轴光纤旋转连接器。
5.fbg用于旋转部件待测量检测时,若轴线位置被占用,将用到离轴光纤旋转连接器,以解决信号有线传输所面临的线路缠绕问题。但其只有当转子和定子耦合时才有光信号输出,因此,离轴光纤旋转连接器提供的信号是间歇的,且占空比低,用常规的光信号解调系统会采集大量无用信号,造成计算机存储空间浪费,生成的曲线也将是间断的,不能正确反映所测量的时间变化趋势。
6.针对离轴光纤旋转连接器输出信号不连续传输的问题,本发明提供一种新的光信号处理方法,它只在光路顺畅传输光信号时采集传感信号,从而节省存储空间,并方便随后的数据处理。针对间歇采集的被测信号,本发明还提供一种被测数据连贯显示的方法,以数据采集卡每个工作时间段的结束时刻为横坐标,以每个工作时间段内所采集的波长数据平均值为纵坐标,构成多个数据点,并利用这些数据点拟合出波长随时间变化关系曲线,使得数据采集卡间歇性工作采集的数据可以被连续显示。
7.光纤旋转连接器可用于旋转体与固定结构间信号传输,如:雷达天线和基座之间的数据通信、石油测井仪连轴中将来自终端传感器的信号经光纤传输到地面采集与控制系统中等。因此,光纤旋转连接器传输信号的处理方法具有很高的实用价值。


技术实现要素:

8.本发明目的在于提供一种离轴光纤旋转连接器传输信号的处理方法,用以解决常规的传感信号解调技术用于离轴光纤旋转连接器传输的信号解调时,由于信号间歇传输,使得采集的数据中存在大量无用数据,造成计算机存储空间浪费,且不便于数据处理和显示。
9.为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:
10.在常规解调仪的数据采集卡前端引入一个同相滞回电压比较器,传感信号经所述离轴光纤旋转连接器传输及耦合器分光后,被传输至光电探测器转换为电信号,经放大电
路进行电压放大后分成两路,一路提供给所述同相滞回电压比较器,其输出用于控制所述数据采集卡的工作状态,使得仅当传感信号经所述离轴光纤旋转连接器顺畅传输时数据采集卡对另一路放大后的传感信号和波长可调光源控制器的另一路输出信号同时进行采集,所采集的数据经标定后成为所测信息,所采集的数据以及所测信息供后续存储和显示。
11.同相滞回电压比较器有高、低两个阈值电压,当所述输入信号的电压高于高阈值电压时,同相滞回电压比较器会输出高电平信号,此后,只要该输入信号的电压不低于低阈值电压,同相滞回电压比较器会持续输出高电平信号,控制所述数据采集卡进行采集,而当该输入信号的电压低于低阈值电压时,同相滞回电压比较器将输出低电平信号,控制所述数据采集卡终止采集,藉此不仅可以减少无用数据采集也可避免因所述离轴光纤旋转连接器横向抖动引起数据采集卡工作的中断,增强系统工作的稳定性。
12.受所述同相滞回电压比较器输出信号的控制,数据采集卡间歇性工作,采集的数据如下显示:
13.步骤(1)以数据采集卡每个工作时间段的结束时刻为横坐标,以每个工作时间段内所采集的波长数据平均值为纵坐标,构成多个数据点。
14.步骤(2)以时间为横坐标,波长为纵坐标,利用步骤(1)产生的数据点拟合出波长随时间变化关系曲线,从而实现所采集数据的连贯显示。如果需要显示其它被测物理量的时间变化曲线,只需通过标定,将所述波长数据转换为被测物理量数据即可。
15.所述同相滞回电压比较器,也可用反相滞回电压比较器替换,信号处理方法一致,仅控制数据采集卡工作状态的电平信号相反。
16.本发明的有益效果体现在:在对离轴光纤旋转连接器传输的信号处理时,减少了对无用数据的采集,节省了数据存储空间,便于后续数据处理,数据采集卡间歇性工作采集的数据被连续显示,便于连贯地反应被测信号的变化趋势。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本技术的一部分,本发明的示意性实施及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
18.图1为常规解调仪经本方法处理后解调离轴光纤旋转连接器传输信号的原理框图;
19.图2为常规解调仪采集到的离轴光纤旋转连接器传输的光信号波长—时间曲线;
20.图3为常规解调仪经本方法处理后采集到的离轴光纤旋转连接器传输的光信号波长—时间曲线。
21.图中:1—波长可调光源,2—控制器,3—光纤,4—3db耦合器,5—离轴光纤旋转连接器的定子准直器,6—离轴光纤旋转连接器的转子准直器,7—旋转部件,8—fbg传感器,9—光电探测器,10—放大电路,11—同相滞回电压比较器,12—数据采集卡,13—计算机。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明作进一步详细说明。
23.如图1所示,fbg传感器8以粘贴或埋置的方式固定在旋转部件7待测部位,作为离
轴光纤旋转连接器转子的准直器6固定在旋转部件7上,作为定子的准直器5置于静止平台,正对着的两准直器参数相同,同轴时两者间耦合面积最大。
24.波长可调光源1输出的光波,经过光纤3和3db耦合器4传输至离轴光纤旋转连接器定子准直器5,转子准直器6会随旋转部件7转动,当光可以在两准直器间传输时,波长可调光源1发出的光被传输至fbg传感器8,经其布喇格反射后,沿原路返回,再次通过转子准直器6和定子准直器5以及3db耦合器4耦合至光电探测器9。
25.受控制器2驱动,波长可调光源1输出波长扫描光波,不同的驱动电压决定了当前时刻光路中光波的波长,当其与fbg传感器8的中心波长一致时,才能被fbg传感器8布喇格反射,否则透过fbg传感器8后损耗掉。
26.布喇格反射光波经光电探测器9转换为电压信号,经放大电路10放大后分成两路,一路提供给同相滞回电压比较器11,当电压信号高于其高阈值电压时,同相滞回电压比较器11将向数据采集卡12提供高电平信号,受其控制,数据采集卡12开始对放大电路10输出的另一路电压信号以及控制器2的输出控制信号同时进行采集,然后将采集到的数据送入计算机13进行处理,通过前者可以得知数据被采集时刻传感信号光功率的大小,通过后者可以得知该时刻波长可调光源1输出光波的波长,也就可以得知该时刻fbg传感器8的中心波长,根据其不同时刻中心波长的漂移量,标定后即可得知旋转部件7上传感器位置被测参数的值。
27.当离轴光纤旋转连接器的定子准直器5和转子准直器6组成的光路不再顺畅传输光信号时,光电探测器9无法接收到传感信号,同相滞回电压比较器11输出低电平信号,受其控制,数据采集卡12终止采集。因此,只有传感信号经离轴光纤旋转连接器顺畅传输时,系统才自动采集含待测信息的光信号,其它时刻系统不进行数据采集。
28.受控制器2控制,波长可调光源1进行波长扫描时的扫描频率只需满足以下两个条件之一,耦合波长即可获得解调。
29.条件一:波长可调光源1的扫描频率f1足够大
[0030][0031]
其中,f0为旋转部件的转速,η0为耦合信号的占空比。
[0032]
条件二:在保证耦合信号每周期光脉冲刚出现时,波长可调光源1的输出波长为λ
b1
或λ
b2

[0033][0034]
其中,λ
b1
为布喇格反射光波的波长最小值,λ
b2
布喇格反射光波的波长最大值,λ
a
为波长可调光源1进行波长扫描时波长的最小值,λ
b
为波长的最大值。
[0035]
数据采集速率与波长可调光源1的扫描频率一致,数据处理速率根据采集速率而定(如采集速率为25khz,取每5个采集数据的平均值进行数据处理,则数据处理速率为5khz)。
[0036]
设待测温度以5℃/s的速率上升(如图2所示),fbg传感器8受温度影响的漂移量为13pm/℃,常规解调仪在波长可调光源1的扫描频率和数据采集速率均为25khz,数据处理速率为6.25khz,旋转部件7周期为0.53s的情况下,根据仿真数据绘制的经离轴光纤旋转连接器传输的光信号波长—时间曲线。
[0037]
图3是常规解调仪经本发明方法处理后,在所有参数设置均与绘制图2时相同条件下,根据仿真数据绘制的经离轴光纤旋转连接器传输的光信号波长—时间曲线。图3相比较图2,只显示了含有被测信息的数据,它清晰并连贯地显示了被测信号的变化趋势。
[0038]
通过以下步骤使得数据采集卡12间歇性工作采集的数据如图3显示:
[0039]
在波长可调光源1的扫描频率和数据采集速率均为25khz,数据处理速率为6.25khz,旋转部件7旋转周期为0.53s的情况下,数据采集卡12在每个旋转周期工作时间为0.001408s,相邻工作时间段的间隙为0.528592s。以数据采集卡12每个工作时间段的结束时刻作为横坐标,在每个旋转周期中的0.001408s工作时间段内可以采集11个数据点,以这些数据点的平均值为纵坐标,构成多个数据点。
[0040]
然后以时间为横坐标,波长为纵坐标,根据上述过程所得数据点拟合出波长随时间变化关系曲线,从而实现数据采集卡12间歇性工作采集的数据连续显示。如果需要显示其他被测信息的变化曲线,只需利用被测量与波长漂移量间关系,并经标定后就可直接显示待测量的时间变化信息。
[0041]
本发明介绍离轴光纤旋转连接器传输信号的处理方法可概括成:1).采用两个分别置于旋转部件和静止观测台的准直器作为光纤旋转连接器的转子和定子,实现光信号从旋转部件到静止观测台的传输;2).在常规解调仪的数据采集卡前端引入一个同相或反相滞回电压比较器,其输出用于控制所述数据采集卡的工作状态,使得数据采集卡仅在传感信号经离轴光纤旋转连接器顺畅传输时工作,减少无用数据的采集;3).提供了一种被测数据连续显示的方法,可以连贯地反应被测信号的变化趋势。
[0042]
以上实施方式仅用于说明本发明,并非对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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