專利名稱：嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信和光纖傳感，特別是一種嵌入式多通道高速光纖光柵傳感 器解調(diào)系統(tǒng)，是一種用于光纖光柵波長(zhǎng)測(cè)量和工程應(yīng)用的高速多通道光纖光柵波長(zhǎng) 信號(hào)解調(diào)設(shè)備。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感是基于外部物理環(huán)境改變對(duì)光纖光柵的作用，導(dǎo)致其光柵區(qū)折射 率和光柵間距變化，從而引起反射波長(zhǎng)的改變作為傳感原理的，其解調(diào)的本質(zhì)就是 通過(guò)檢測(cè)光柵波長(zhǎng)的位移情況，獲得待測(cè)外界物理量的變化狀況。
光纖光柵傳感器以其傳感探頭小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、精度高、易于組建傳感 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式測(cè)量，已被應(yīng)用于橋梁、隧道等建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)變變形、溫度預(yù)警等 安全監(jiān)測(cè)中。
現(xiàn)有的通用的解調(diào)方法為1、邊緣濾波器法，2、匹配光柵法，3、非平衡M-Z 干涉法，4、可調(diào)諧濾波器法。其中可調(diào)諧F-P濾波器法具有較高的波長(zhǎng)分辨率和較 大的工作范圍，可用于對(duì)高速動(dòng)態(tài)信號(hào)的解調(diào)，并易于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，工程上大多 采用此方法。
目前，已出現(xiàn)的解調(diào)系統(tǒng)和方法，在應(yīng)用上多限于大型土木工程結(jié)構(gòu)的安全監(jiān) 測(cè)等方面，即對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)的監(jiān)測(cè)限于低速動(dòng)態(tài)信號(hào)，即解調(diào)速度不高(一般低于 200Hz)，其次精度比較低(一般在3pm左右)、穩(wěn)定性和重復(fù)性差、體積也比較大、 攜帶不方便，也不能滿足多個(gè)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的需求。由于多通道光纖光柵解調(diào)能夠檢測(cè) 出更多監(jiān)測(cè)點(diǎn)的物理環(huán)境，在應(yīng)用中獲得更大需求?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)大多數(shù)的解調(diào)方案都 是采用可調(diào)諧F-P濾波器法，但是它們大多采用了一個(gè)通道對(duì)應(yīng)著一個(gè)FP干涉儀的 解調(diào)方式，多通道解調(diào)在實(shí)際中都使用多個(gè)FP干涉儀，同時(shí)由于信號(hào)處理的性能局 限，即基本上使用單片機(jī)等MCU微程序控制器，大多都采用多個(gè)信號(hào)采集和處理 模塊，進(jìn)行分時(shí)處理。而高速FBG傳感器進(jìn)口成本很高，約為5萬(wàn)美金左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，該系 統(tǒng)具有較高解調(diào)速度、多通道解調(diào)、解調(diào)范圍寬、分辨率高的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是它由寬帶熒光源、
三端環(huán)形器、"N光開(kāi)關(guān)、光纖布拉格光柵(fibber bragg gratting，以下簡(jiǎn)稱為FBG) 傳感探頭、斜面光纖頭、2*1耦合器、高精度FP干涉儀、光電檢測(cè)模塊、溫度控制 模塊、鋸齒波發(fā)生器、信號(hào)采集與處理模塊和計(jì)算機(jī)組成，上述各元部件的連接關(guān) 系如下
所述的寬帶熒光源的輸出端通過(guò)光纖接所述的2*1耦合器第一輸入端，該2*1 耦合器的輸出端連接所述的高精度FP干涉儀；所述的寬帶熒光源的輸出端經(jīng)過(guò)光纖 連接所述的三端環(huán)形器的第一端口，該三端環(huán)形器的第二端口經(jīng)過(guò)所述的"N光開(kāi) 關(guān)與N個(gè)所述的FBG光纖光柵傳感頭連接，該N個(gè)FBG傳感頭的每一個(gè)FBG傳 感頭均具有斜面光纖頭，所述的三端環(huán)形器的第三端口再與所述的2*1耦合器另一 輸入端連接；所述的溫度控制模塊與所述的高精度FP干涉儀相連，精確控制所述的 高精度FP干涉儀的工作溫度；所述的鋸齒波發(fā)生器的輸出端連接所述的高精度FP 干涉儀，為其提供驅(qū)動(dòng)高壓，使所述的高精度FP干涉儀穩(wěn)定輸出波長(zhǎng)變化的光信號(hào)； 所述的高精度FP干涉儀輸出帶有波長(zhǎng)信息的光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述的光電檢測(cè)模塊檢測(cè) 轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后傳輸?shù)剿龅男盘?hào)采集與處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，該信號(hào)采集與處 理模塊與所述的計(jì)算機(jī)和鋸齒波發(fā)生器建立通訊連接，該信號(hào)采集與處理模塊與所 述的"N光開(kāi)關(guān)相連，并對(duì)所述的PN光開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。
所述的信號(hào)采集與處理模塊是由現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列和數(shù)字信號(hào)處理器相結(jié)合構(gòu) 成的，所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集從所述的光電檢測(cè)模塊檢測(cè)出 來(lái)的光波長(zhǎng)信息數(shù)據(jù)，變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并存貯到隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中；所述的數(shù)字信號(hào) 處理器從所述的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，作傅立葉變換，通過(guò)RS-232串行 通信接口把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，為其提供波長(zhǎng)的數(shù)字信息，所述的現(xiàn)場(chǎng)可 編程門陣列還通過(guò)高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器與所述鋸齒波發(fā)生器相連，所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門 陣列還直接與所述的"N光開(kāi)關(guān)相連。
所述的計(jì)算機(jī)具有VC++6.0光纖光柵解調(diào)的軟件，對(duì)所述的信號(hào)采集與處理模 塊經(jīng)RS-232串行通信口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行高斯擬合，利用人性化的界面方便顯示出解 調(diào)。
所述的寬帶熒光源是高平坦度頻譜的摻鉺熒光源。
所述的多通道解調(diào)是經(jīng)過(guò)所述的三端環(huán)形器、1*N光開(kāi)關(guān)和信號(hào)采集與處理模
塊實(shí)現(xiàn)的。
所述的鋸齒波發(fā)生器(10)是由芯片NE555構(gòu)成的。 所有模塊集成在一工控機(jī)的機(jī)箱內(nèi)。
所述的寬帶光源通過(guò)所述的三端環(huán)形器，傳播到所述的FBG光纖光柵傳感探頭， 所述的FBG光纖光柵傳感探頭經(jīng)過(guò)被測(cè)量(FBG光纖光柵傳感探頭所處的外界溫度 變化或所受到的應(yīng)變力)的物理作用后，反射光波長(zhǎng)發(fā)生偏移，再經(jīng)過(guò)所述的三端 環(huán)形器與寬帶熒光源發(fā)射光進(jìn)入所述的2*1耦合器進(jìn)行耦合，通過(guò)所述的可調(diào)諧高 精度FP干涉儀輸出，由所述的光電探測(cè)模塊探測(cè)后，經(jīng)過(guò)所述的信號(hào)采集與處理模 塊處理后輸出所測(cè)波長(zhǎng)位移量和其對(duì)應(yīng)的被測(cè)量值到計(jì)算機(jī)中，由專門編寫的解調(diào) 軟件進(jìn)一步處理后，顯示出來(lái)。
本發(fā)明的有益效果是
通過(guò)采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field—Programmable Gate Array,簡(jiǎn)稱為FPGA) 和數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,簡(jiǎn)稱為DSP)雙微處理器，對(duì)光開(kāi)關(guān)、 鋸齒波發(fā)生器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，所以本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高速、多通道、高精度的光纖光柵 波長(zhǎng)解調(diào)。


圖1是本發(fā)明嵌入式多通道高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)原理圖 圖中l(wèi)一寬帶熒光源2—三端環(huán)形器3 — "N光開(kāi)關(guān) 4一FBG光纖光柵 傳感探頭5—斜面光纖頭6_2*1耦合器7—高精度FP干涉儀8 —光電檢 測(cè)模塊9一溫度控制模塊IO—鋸齒波發(fā)生器 11—信號(hào)采集與處理模塊 12—計(jì)算機(jī)。
圖2是本發(fā)明嵌入式多通道高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)所述的信號(hào)采集與處理模 塊的結(jié)構(gòu)框圖
圖中2-1 —高速DAC， 2-2—高速ADC， 2-3—FPGA， 2-4—隨即存儲(chǔ)器 RAM, 2-5—DSP， 2-6—RS-232串行通信接口。
具體實(shí)施例方式
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的上述目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行詳細(xì)的描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
參照?qǐng)Dl，本發(fā)明嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，由寬帶熒光源1、
三端環(huán)形器2、 PN光開(kāi)關(guān)3、光纖布拉格光柵傳感探頭4、斜面光纖頭5、 2*1耦 合器6、高精度FP干涉儀7、光電檢測(cè)模塊8、溫度控制模塊9、鋸齒波發(fā)生器IO、 信號(hào)采集與處理模塊11和計(jì)算機(jī)12組成，上述各元部件的連接關(guān)系如下-
所述的寬帶熒光源1的輸出端通過(guò)光纖接所述的2*1耦合器6第一輸入端，該 2*1耦合器6的輸出端連接所述的高精度FP干涉儀7;所述的寬帶熒光源1的輸出 端經(jīng)過(guò)光纖連接所述的三端環(huán)形器2的第一端口，該三端環(huán)形器2的第二端口經(jīng)過(guò) 所述的1*N光開(kāi)關(guān)3與N個(gè)所述的FBG光纖光柵傳感頭4連接，該N個(gè)FBG傳感 頭4的每一個(gè)FBG傳感頭4均具有斜面光纖頭5，所述的三端環(huán)形器2的第三端口 再與所述的2*1耦合器6另一輸入端連接；所述的溫度控制模塊9與所述的高精度 FP干涉儀7相連，精確控制所述的高精度FP干涉儀7的工作溫度；所述的鋸齒波 發(fā)生器10的輸出端連接所述的高精度FP干涉儀7，為其提供驅(qū)動(dòng)高壓，使所述的 高精度FP干涉儀7穩(wěn)定輸出波長(zhǎng)變化的光信號(hào)；所述的高精度FP干涉儀7輸出帶 有波長(zhǎng)信息的光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述的光電檢測(cè)模塊8檢測(cè)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后傳輸?shù)剿龅?信號(hào)采集與處理模塊11進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，該信號(hào)采集與處理模塊11與所述的計(jì)算機(jī) 12和鋸齒波發(fā)生器IO建立通訊連接，該信號(hào)采集與處理模塊11與所述的PN光開(kāi) 關(guān)3相連，并對(duì)所述的1*N光開(kāi)關(guān)3進(jìn)行控制。
所述的信號(hào)采集與處理模塊11，參見(jiàn)圖2，是由現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列2-3和數(shù)字 信號(hào)處理器2-5相結(jié)合構(gòu)成的，所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列2-3通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2-2 (Analog-to-Digital Converter,簡(jiǎn)稱為ADC),采樣速率40M (sample rate)采集從 所述的光電檢測(cè)模塊8檢測(cè)出來(lái)的光波長(zhǎng)信息數(shù)據(jù)，變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并存貯到隨機(jī)存 取存儲(chǔ)器(2-4) (Random-Access Memory)中；所述的數(shù)字信號(hào)處理器(2-5)從所 述的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器2-4中讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，作傅立葉變換，通過(guò)RS-232串行通信接 口 2-6把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)12，為其提供波長(zhǎng)的數(shù)字信息，所述的現(xiàn)場(chǎng)可 編程門陣列2-3還通過(guò)高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器2-l(Digital-to-Analog Converter,簡(jiǎn)稱為DAC) 轉(zhuǎn)換頻率(update rate 10M)與所述鋸齒波發(fā)生器10相連，所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣 列2-3還直接與所述的1*N光開(kāi)關(guān)3相連。
所述的計(jì)算機(jī)12具有VC++6.0光纖光柵解調(diào)的軟件，對(duì)所述的信號(hào)采集與處 理模塊11經(jīng)RS-232串行通信口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行高斯擬合，利用人性化的界面方便 顯示出解調(diào)結(jié)果。
所述的寬帶熒光源1是高平坦度頻譜的摻鉺熒光源。所述的多通道解調(diào)是經(jīng)過(guò)所述的三端環(huán)形器2、 1*N光開(kāi)關(guān)3和信號(hào)采集與處 理模塊ll實(shí)現(xiàn)的。
所述的鋸齒波發(fā)生器10是由芯片NE555構(gòu)成的。
本發(fā)明嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)的所有模塊集成在一工控機(jī) 的機(jī)箱內(nèi)。
本發(fā)明的工作過(guò)程
寬帶熒光源1輸出的寬帶熒光經(jīng)過(guò)耦合光纖輸入三端環(huán)形器2第一接口，該三 端環(huán)形器2的第二接口經(jīng)過(guò)1*N光開(kāi)關(guān)3輸出到FBG光纖光柵傳感探頭4，經(jīng)過(guò)被 測(cè)量的物理作用，其反射光波長(zhǎng)發(fā)生改變，經(jīng)過(guò)所述的三端環(huán)形器2由第三接口的 反射光與寬帶熒光源1的發(fā)射光在所述的2*1耦合器6內(nèi)耦合后進(jìn)入所述的高精度 FP干涉儀7。高精度FP干涉儀7滿足
1、 導(dǎo)通頻帶窄，通帶在16pm 32pm之間；
2、 掃描穩(wěn)定度高，重復(fù)掃描誤差小于8pm;
3、 波長(zhǎng)分辨率高，精細(xì)度達(dá)到4000;
4、 掃描范圍大，處于C波段內(nèi)且大于40nm;
5、 調(diào)諧頻率高，為lKHz。
所述的鋸齒波發(fā)生器10所產(chǎn)生的鋸齒波形電壓在40V 120V范圍內(nèi)變化，由高 精度FP干涉儀7的特性可知，高精度FP干涉儀7輸出的光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)在1527nm 1567nm之間變化。當(dāng)反射光進(jìn)入所述的高精度FP干涉儀7時(shí)，寬帶熒光源1發(fā)射 的光波長(zhǎng)與其中某一 FBG光纖光柵傳感頭4反射的中心波長(zhǎng)相等時(shí)，反射光就會(huì)通 過(guò)高精度FP干涉儀7進(jìn)入到光電檢測(cè)模塊8中。鋸齒波發(fā)生器10采用NE555定時(shí) 器構(gòu)成高精度、低失真鋸齒波發(fā)生電路，頻率lKHz 10KHz范圍內(nèi)可調(diào)。為使輸出 光波長(zhǎng)精確，溫度控制模塊8內(nèi)部由高精度集成運(yùn)算放大器構(gòu)成硬件PID電路和半 導(dǎo)體制冷片的驅(qū)動(dòng)器組成，通過(guò)半導(dǎo)體制冷片和熱敏電阻相結(jié)合的方式來(lái)穩(wěn)定高精 度FP干涉儀7的工作溫度。熱敏電阻將高精度FP干涉儀7的溫度反饋給溫度控制 模塊8，溫度控制模塊8經(jīng)過(guò)內(nèi)部PID運(yùn)算，將結(jié)果反饋給內(nèi)部的半導(dǎo)體制冷片的 驅(qū)動(dòng)器，再由半導(dǎo)體制冷片的驅(qū)動(dòng)器輸出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)量給半導(dǎo)體制冷片使其制7令或 加熱，以穩(wěn)定控制高精度FP干涉儀7的工作溫度。半導(dǎo)體制冷片和熱敏電阻均需要 緊貼高精度FP干涉儀7，從而減小溫控誤差。熱敏電阻采用10Kn②25'C的負(fù)溫度
系數(shù)熱敏電阻，整個(gè)溫度控制模塊最終達(dá)到溫控精度為o.rc。 光電檢測(cè)模塊8主要由光電二極管PIN構(gòu)成，其把從FP干涉儀7解調(diào)出的光 波長(zhǎng)偏移量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，利用前置放大器放大后再經(jīng)過(guò)40M高速ADC轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)輸入到信號(hào)采集與處理模塊11。
在信號(hào)采集與處理模塊ll中，F(xiàn)PGA采集獲得光波長(zhǎng)位移量的數(shù)字信息，進(jìn)行 數(shù)據(jù)的初級(jí)處理，排除不合理的數(shù)據(jù)，接收從模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC2—2得到的光電檢測(cè) 模塊8檢測(cè)出來(lái)的光波長(zhǎng)信息。40M高速ADC2—2獲得光電檢測(cè)模塊8的模擬電 信號(hào)，然后將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并不間斷地傳輸?shù)紽PGA2—3， FPGA2—3經(jīng)檢測(cè)無(wú) 誤后，輸入到RAM2—4中。RAM2—4將數(shù)據(jù)存]C成FIFO(先進(jìn)先出First-in First-out) 隊(duì)列。FPGA給RAM發(fā)送16K字節(jié)數(shù)據(jù)后通知DSP讀取RAM中的數(shù)據(jù)。然后DSP2 一5利用其內(nèi)部的模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，去掉光波長(zhǎng)信息中的毛刺，獲得較 為平滑的類似高斯曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)集。處理完畢后DSP將這一組類似高斯曲線的數(shù)據(jù) 點(diǎn)集通過(guò)RS232串口通信接口發(fā)送給計(jì)算機(jī)12，為其提供檢測(cè)波長(zhǎng)的數(shù)字信息。然 后DSP處于等待狀態(tài)，等待FPGA發(fā)送讀取數(shù)據(jù)的通知。
光纖光柵反射峰功率譜密度曲線可用高斯函數(shù)近似表達(dá)為
<formula>formula see original document page 9</formula>2]
式中，/。為反射峰強(qiáng)度峰值，/^為此時(shí)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)值，A^為反射譜3dB帶寬。在 計(jì)算機(jī)12內(nèi)部的VC++6.0光纖光柵解調(diào)的軟件中通過(guò)高斯擬合，即用高斯函數(shù)對(duì) 數(shù)據(jù)點(diǎn)集進(jìn)行函數(shù)逼近的擬合方法，求得反射峰中心波長(zhǎng)4，從而得到傳感信息。 我們按照使誤差的平方和最小的原則擬合曲線。誤差的平方和為
M^i[d義,;A)]。首先給出參數(shù)^一個(gè)初始值，然后逐步迭代
:C其中/,為這組數(shù)據(jù)點(diǎn)集中的每個(gè)點(diǎn)的數(shù)值，義,.為每個(gè)
點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。擬合過(guò)程是在￥0++6.0光纖光柵解調(diào)的軟件中完成，然后由計(jì) 算機(jī)12顯示出來(lái)。
信號(hào)采集與處理模塊11也通過(guò)一個(gè)速度達(dá)到10M的高速DAC2—1對(duì)鋸齒波發(fā) 生器10進(jìn)行反饋和控制。正常情況下，可由鋸齒波發(fā)生器10自行產(chǎn)生一個(gè)峰-峰值 為40V 120V的鋸齒波，對(duì)應(yīng)的高精度FP干涉儀7輸出的光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)在1527nm~ 1567mn之間變化。需要時(shí)，可由信號(hào)采集與處理模塊11內(nèi)的高速DAC2 —1直接產(chǎn)
生特定模擬電壓進(jìn)入所述的鋸齒波發(fā)生器10，對(duì)應(yīng)著FP干涉儀7進(jìn)行特定波長(zhǎng)的 導(dǎo)通頻帶掃描。信號(hào)采集與處理模塊11內(nèi)部同時(shí)運(yùn)行了 FPGA和DSP兩個(gè)微處理 器，它們之間用一個(gè)共享的雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM2—4，可以在FPGA存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 的同時(shí)，DSP讀取之前所存儲(chǔ)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)傳感信息的高速解調(diào)。
此外，信號(hào)采集與處理模塊11也與"N光開(kāi)關(guān)3直接相連，在默認(rèn)情況下，1*N 光開(kāi)關(guān)3自動(dòng)實(shí)施逐個(gè)通道的依次掃描，在需要的時(shí)候可以直接控制所述的PN光 開(kāi)關(guān)3的開(kāi)啟通道。所述的PN光開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間小于10ms，也就是在ls內(nèi)可以 轉(zhuǎn)換通道100次。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明的最終實(shí)現(xiàn)的嵌入式多通道高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)性能為 單通道解調(diào)速度達(dá)到lKHz，解調(diào)精度為lpm (10"2m);多通道(-8時(shí))同時(shí)解調(diào) 速度達(dá)到200Hz，解調(diào)精度為lpm (l(T12m)。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于它由寬帶熒光源(1)、三端環(huán)形器(2)、1*N光開(kāi)關(guān)(3)、N個(gè)光纖布拉格光柵傳感探頭(4)、2*1耦合器(6)、高精度FP干涉儀(7)、光電檢測(cè)模塊(8)、溫度控制模塊(9)、鋸齒波發(fā)生器(10)、信號(hào)采集與處理模塊(11)和計(jì)算機(jī)(12)組成，其中N為≥2的正整數(shù)，上述各元部件的連接關(guān)系如下所述的寬帶熒光源(1)的輸出端通過(guò)光纖接所述的2*1耦合器(6)第一輸入端，該2*1耦合器(6)的輸出端連接所述的高精度FP干涉儀(7)；所述的寬帶熒光源(1)的輸出端經(jīng)過(guò)光纖連接所述的三端環(huán)形器(2)的第一端口，該三端環(huán)形器(2)的第二端口經(jīng)過(guò)所述的1*N光開(kāi)關(guān)(3)與N個(gè)所述的FBG光纖光柵傳感頭(4)連接，該N個(gè)FBG傳感頭(4)的每一個(gè)FBG傳感頭(4)均具有斜面光纖頭(5)，所述的三端環(huán)形器(2)的第三端口再與所述的2*1耦合器(6)另一輸入端連接；所述的溫度控制模塊(9)與所述的高精度FP干涉儀(7)相連，精確控制所述的高精度FP干涉儀(7)的工作溫度；所述的鋸齒波發(fā)生器(10)的輸出端連接所述的高精度FP干涉儀(7)，為其提供驅(qū)動(dòng)高壓，使所述的高精度FP干涉儀(7)穩(wěn)定輸出波長(zhǎng)變化的光信號(hào)；所述的高精度FP干涉儀(7)輸出帶有波長(zhǎng)信息的光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述的光電檢測(cè)模塊(8)檢測(cè)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后傳輸?shù)剿龅男盘?hào)采集與處理模塊(11)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，該信號(hào)采集與處理模塊(11)與所述的計(jì)算機(jī)(12)和鋸齒波發(fā)生器(10)建立通訊連接，該信號(hào)采集與處理模塊(11)與所述的1*N光開(kāi)關(guān)(3)相連，并對(duì)所述的1*N光開(kāi)關(guān)(3)進(jìn)行控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征 在于所述的信號(hào)采集與處理模塊(11)是由現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(2-3)和數(shù)字信號(hào)處 理器(2-5)相結(jié)合構(gòu)成的，所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(2-3)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2-2) 采集從所述的光電檢測(cè)模塊(8)檢測(cè)出來(lái)的光波長(zhǎng)信息數(shù)據(jù)，變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并存貯 到隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(2-4)中；所述的數(shù)字信號(hào)處理器(2-5)從所述的隨機(jī)存取存儲(chǔ) 器(2-4)中讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，作傅立葉變換，通過(guò)RS-232串行通信接口 (2-6)把處 理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)(12)，為其提供波長(zhǎng)的數(shù)字信息，所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣 列(2-3)還通過(guò)高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2-1)與所述鋸齒波發(fā)生器(10)相連，所述的現(xiàn) 場(chǎng)可編程門陣列(2-3)還直接與所述的PN光開(kāi)關(guān)(3)相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征 在于所述的計(jì)算機(jī)(12)具有￥€++6.0光纖光柵解調(diào)的軟件，對(duì)所述的信號(hào)采集與 處理模塊(11)經(jīng)RS-232串行通信口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行高斯擬合，利用人性化的界面 方便顯示出解調(diào)結(jié)果。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征 在于所述的寬帶熒光源(1)是高平坦度頻譜的摻鉺熒光源。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征 在于所實(shí)現(xiàn)的多通道解調(diào)是經(jīng)過(guò)所述的三端環(huán)形器(2)、 PN光開(kāi)關(guān)(3)和信號(hào)采 集與處理模塊(11)實(shí)現(xiàn)的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，其特征 在于所述的鋸齒波發(fā)生器(10)是由芯片NE555構(gòu)成的。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系 統(tǒng)，其特征在于所有模塊集成在一工控機(jī)的機(jī)箱內(nèi)。
全文摘要
一種嵌入式多通道高速光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)，由寬帶熒光源、三端環(huán)形器、1*N光開(kāi)關(guān)、N個(gè)光纖布拉格光柵傳感探頭、2*1耦合器、高精度FP干涉儀、光電檢測(cè)模塊、溫度控制模塊、鋸齒波發(fā)生器、信號(hào)采集與處理模塊和計(jì)算機(jī)組成，其中N為≥2的正整數(shù)。本發(fā)明具有波長(zhǎng)分辨精度高、控制檢測(cè)方便、多通道采集和解調(diào)速度快等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/26GK101373145SQ200810201330
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者安 孫, 朱小龍, 李國(guó)揚(yáng), 利 王, 胡佳成, 柏 陳, 陳嘉琳, 陳福昌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所