專利名稱：一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及查詢?cè)O(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀。
背景技術(shù)：
隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光通信中的一些技術(shù)逐漸為傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了技術(shù)平臺(tái)，光纖光柵就是其中之一。以光纖光柵技術(shù)為基礎(chǔ)的光纖光柵傳感器正成為傳感器研究領(lǐng)域中的又一大熱點(diǎn)。同傳統(tǒng)的電傳感器相比，光纖光柵傳感器在傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)1.可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)，由于光纖光柵對(duì)被感測(cè)信息用波長(zhǎng)編碼，而波長(zhǎng)是一種絕對(duì)參量，它不受光源功率波動(dòng)以及光纖彎曲等因素引起的系統(tǒng)損耗的影響，因而光纖光柵傳感器具有非常好的可靠性和穩(wěn)定性；2.傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，適于各種應(yīng)用場(chǎng)合，尤其適合于埋入材料內(nèi)部構(gòu)成所謂的智能材料或結(jié)構(gòu)；3.抗電磁干擾、抗腐蝕、能于惡劣的化學(xué)環(huán)境下工作；4.可復(fù)用性強(qiáng)，采用多個(gè)光纖光柵傳感器，可以構(gòu)成分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。
光纖布喇格光柵傳感器查詢儀可采用各種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，目前使用最廣泛的是MOI的Si425查詢儀，它具有4個(gè)50nm查詢帶寬通道，數(shù)據(jù)更新頻率為250Hz。此類查詢儀僅能測(cè)出傳感器的峰值反射波長(zhǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而不能提供其波譜形狀的信息，但在許多應(yīng)用中，傳感器反射波形及其變化是一個(gè)非常重要的信息，因此，MOI公司又開發(fā)了用高速AD交換電路作為數(shù)據(jù)采集單元的Si720查詢儀，它具有2個(gè)50nm查詢帶寬的通道，數(shù)據(jù)更新頻率為5Hz。盡管其是目前應(yīng)用最廣泛、綜合性最好的查詢儀，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代工程應(yīng)用要求，其存在以下主要不足1.等效查詢帶寬太小，目前其性能最好的是MOI的Si425，約有200nm，以2nm傳感器動(dòng)態(tài)范圍計(jì)算，約能查詢100個(gè)傳感器，但現(xiàn)代許多力學(xué)研究測(cè)量和監(jiān)控，如大跨度的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用，需要1000個(gè)以上的測(cè)量點(diǎn)，相當(dāng)于10臺(tái)以上的Si425等效查詢帶寬的總和，更重要的是在許多應(yīng)用場(chǎng)合，如力學(xué)結(jié)構(gòu)中波的傳播和模式分析中，所有測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)必須同步，因此，不能用多臺(tái)查詢儀并用的方式來解決查詢帶寬不足的問題，目前仍未有任何形式的查詢儀具有超過200nm的查詢帶寬。2.查詢帶寬擴(kuò)展能力小或幾乎沒有，由于查詢帶寬的擴(kuò)展受中央控制處理單元數(shù)據(jù)處理能力的限制，在MOI公司的Si425中實(shí)際上已達(dá)到了飽和程度，也就是當(dāng)傳感器數(shù)量達(dá)到100個(gè)以上，數(shù)據(jù)更新頻率從250Hz下降到25Hz，C信號(hào)處理處理能力弱，現(xiàn)代高性能的查詢儀仍采用通用的微處理器(MPU)，而不是專用的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為信號(hào)波譜處理部件，無法對(duì)大量高速掃描的波譜進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，如MOI的Si720的數(shù)據(jù)更新頻率僅5Hz，使應(yīng)用場(chǎng)合受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，它可克服現(xiàn)有技術(shù)中的一些不足。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，它包括中央數(shù)據(jù)處理控制模塊，與中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接的窄帶掃描光源，其特征在于中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接模塊通訊總線，窄帶掃描光源連接模塊光源分配器，模塊光源分配器至少連接一個(gè)傳感器查詢通道模塊，傳感器查詢通道模塊連接模塊通訊總線。
本發(fā)明采用可擴(kuò)展模塊化結(jié)構(gòu)，使等效負(fù)載帶寬大大增加，儀器有一個(gè)中央數(shù)據(jù)處理控制模塊和若干個(gè)可擴(kuò)充的功能模塊組成。中央數(shù)據(jù)處理控制模塊負(fù)責(zé)各功能模塊數(shù)據(jù)采集的同步，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序，以及工作狀態(tài)等控制；光源掃描的控制，光波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生，檢測(cè)數(shù)據(jù)的后道處理和輸出，以及程序的更新。各功能模塊是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)。功能模塊的性能不會(huì)隨著系統(tǒng)的擴(kuò)展而降低，系統(tǒng)的擴(kuò)展能力僅由掃描光源的輸出功率和檢測(cè)電路的靈敏度所限制。隨著技術(shù)的發(fā)展，掃描光源的輸出功率將越來越大，檢測(cè)電路的靈敏度越來越高，儀器的負(fù)載能力將隨之?dāng)U展，而不需要對(duì)整個(gè)儀器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。功能模塊共享儀器中昂貴的掃描光源和波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊，從而使儀器的單位測(cè)量點(diǎn)的硬件成本隨著測(cè)量點(diǎn)的增加而大大降低，采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)記錄傳感器的全波譜信息，配合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)使得查詢儀不僅能測(cè)出各傳感器的中心波長(zhǎng)移動(dòng)，而且能提供其波形的變化信息，采用高性能的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣的波譜分析。多DSP協(xié)同處理，使查詢儀在保持高掃描頻率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)波譜分析，再者，采用可擴(kuò)展模塊化的設(shè)計(jì)，擴(kuò)展傳感器負(fù)載能力只需要插入一個(gè)或若干個(gè)功能模塊即可，儀器的操作方面、性能指標(biāo)和對(duì)傳感器的要求保持不變。


附圖1為本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)示意圖附圖2為本發(fā)明傳感器查詢通道模塊結(jié)構(gòu)示意圖附圖3為本發(fā)明擴(kuò)展結(jié)構(gòu)示意圖附圖4為本發(fā)明傳感器查詢通道模塊擴(kuò)展結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要包括中央數(shù)據(jù)處理控制模塊1，與中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接的窄帶掃描光源2，其特征在于中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接模塊通訊總線3，窄帶掃描光源連接模塊光源分配器4，模塊光源分配器至少連接一個(gè)傳感器查詢通道模塊5，傳感器查詢通道模塊連接模塊通訊總線，在中央數(shù)據(jù)處理控制模塊和模塊光源分配器之間可選擇接入一波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊6，波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊上設(shè)有梳狀濾波器7和信號(hào)檢測(cè)電路8，中央數(shù)據(jù)處理控制模塊中設(shè)有DSP處理器，傳感器查詢通道模塊內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)控制處理模塊9，數(shù)據(jù)控制處理模塊連接數(shù)據(jù)采集電路10，數(shù)據(jù)采集電路通過光偶合器11連接通道光源分配器12，數(shù)據(jù)控制處理模塊中設(shè)有DSP處理器，所用DSP處理器為德州儀器公司出品的Mcs320c6000系列。
具體實(shí)施中先用窄帶掃描光源進(jìn)行掃描，然后將掃描成形的光數(shù)據(jù)送入模塊光源分配器進(jìn)行光分配，分配完成后的掃描光源經(jīng)光偶合器被送入光電轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路后送入數(shù)據(jù)控制處理模塊進(jìn)行處理，處理完后的數(shù)據(jù)通過模塊通訊總線最后被送入中央數(shù)據(jù)處理控制模塊。
本發(fā)明提供了一個(gè)可擴(kuò)展模塊化設(shè)計(jì)的查詢儀，其中，窄帶掃描光源可采用任何具有掃描功能的，并且線寬足夠窄的光源模塊，如光纖掃描激光器、半導(dǎo)體掃描激光器，以及寬帶光源加上可變波長(zhǎng)濾波器等模塊，波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊可用任何可對(duì)掃描光源進(jìn)行定標(biāo)的器件，如梳狀濾波器和氣體波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)器等，如果窄帶掃描光源的波長(zhǎng)與掃描電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系足夠穩(wěn)定，可直接對(duì)其定標(biāo)，以省略波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)通道，傳感器查詢通道模塊中的數(shù)據(jù)采集電路可采用高速AD轉(zhuǎn)換方法，對(duì)使用MPU作為模塊控制和處理電路的設(shè)計(jì)可直接移現(xiàn)有技術(shù)中的中央控制處理單元與數(shù)據(jù)采集有關(guān)的子系統(tǒng)，對(duì)使用DSP作為模塊控制和處理電路的設(shè)計(jì)可移植在光纖通訊中為OPM所開發(fā)的DSP實(shí)時(shí)光譜分析處理系統(tǒng)，如加拿大的OPTOVATION的OPM系統(tǒng)來實(shí)施，對(duì)多DSP實(shí)時(shí)光譜分析處理系統(tǒng)，DSP之間的通訊寬帶是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，每秒1700兆字節(jié)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通訊量的SOLANO芯片提供了足夠的通訊帶寬。
本光纖布喇格光柵傳感器查詢儀可在各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛使用，如橋梁施工領(lǐng)域、建筑施工領(lǐng)域、海洋石油平臺(tái)領(lǐng)域、油田開發(fā)領(lǐng)域及航空航天領(lǐng)域、大壩施工領(lǐng)域等。在橋梁、建筑、大壩施工領(lǐng)域中，纖布喇格光柵傳感器查詢儀提供了一種安全監(jiān)測(cè)的方法，而且也可以為監(jiān)測(cè)交通工具的速度、載重及種類提供很重要的數(shù)據(jù)，其測(cè)量精度可以達(dá)到幾個(gè)微應(yīng)變級(jí)，具有很好的可靠性，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，采用分布式埋入可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)橋梁或建筑物的安全狀況監(jiān)測(cè)，從而防止工程及交通事故的發(fā)生。在在航空航天領(lǐng)域，飛行安全是人們十分關(guān)注的一個(gè)方面。光纖光柵傳感器具有體積小，重量輕，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，將光纖光柵埋入飛行器或者發(fā)射塔結(jié)構(gòu)中，組成分布式智能傳感網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)飛行器及發(fā)射塔的內(nèi)部機(jī)械性能及外部環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了整體安全系數(shù)。除此之外，本發(fā)明還可用于軍事戰(zhàn)機(jī)、艦艇的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，電學(xué)傳感器的更新，以及光學(xué)聲納系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，它包括中央數(shù)據(jù)處理控制模塊，與中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接的窄帶掃描光源，其特征在于中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接模塊通訊總線，窄帶掃描光源連接模塊光源分配器，模塊光源分配器至少連接一個(gè)傳感器查詢通道模塊，傳感器查詢通道模塊連接模塊通訊總線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于在中央數(shù)據(jù)處理控制模塊和模塊光源分配器之間可選擇接入一波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)模塊上設(shè)有梳狀濾波器和信號(hào)檢測(cè)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于中央數(shù)據(jù)處理控制模塊中設(shè)有DSP處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于傳感器查詢通道模塊內(nèi)設(shè)有數(shù)據(jù)控制處理模塊，數(shù)據(jù)控制處理模塊連接數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集電路通過光偶合器連接通道光源分配器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于數(shù)據(jù)控制處理模塊中設(shè)有DSP處理器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接模塊通訊總線，窄帶掃描光源連接模塊光源分配器，模塊光源分配器至少連接一傳感器查詢通道模塊，傳感器查詢通道模塊連接模塊通訊總線，本發(fā)明采用可擴(kuò)展模塊結(jié)構(gòu)，只需插入一個(gè)或若干個(gè)功能模塊即可，可使等效負(fù)載帶寬大大增加，儀器有一個(gè)中央控制模塊和若干個(gè)可擴(kuò)充的功能模塊組成，各功能模塊是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)，其功能不會(huì)隨著系統(tǒng)的擴(kuò)展而降低，解決了因傳感器數(shù)量增加而導(dǎo)致數(shù)據(jù)更新頻率降低的問題，功能模塊共享儀器中昂貴的掃描光源和光波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)器，從而使儀器的單位測(cè)量點(diǎn)的硬件成本隨著測(cè)量點(diǎn)的增加而大大降低，再者，采用高性能AD轉(zhuǎn)換技術(shù)記錄傳感器的全光譜信息，并配合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，使得查詢儀不僅能測(cè)出各傳感器的中心波長(zhǎng)移動(dòng)，而且能提供其波形的變化信息和進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣的波譜分析。
文檔編號(hào)G01D5/26GK1529131SQ0315121
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月26日
發(fā)明者黃一平, 王建華 申請(qǐng)人:王建華