專利名稱：高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖光柵解調(diào)技術(shù)，尤其涉及一種高速光纖光柵(FBG)解調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對(duì)FBG(光纖光柵)的波長(zhǎng)解調(diào)關(guān)鍵在對(duì)光譜的處理技術(shù)上。現(xiàn)有技術(shù)中的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)中，常采用可調(diào)諧濾波器。上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)
由于可調(diào)諧濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有運(yùn)動(dòng)部件和器件本身工藝等原因，速度和精確度不能完全滿足精準(zhǔn)高速解調(diào)的需求。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、解調(diào)高速、精準(zhǔn)的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，該解調(diào)系統(tǒng)通過(guò)光纖與外部光纖光柵傳感器相連接，其特征在于，所述解調(diào)系統(tǒng)包括高速光信號(hào)探測(cè)單元和信號(hào)處理單元，所述高速光信號(hào)探測(cè)單元接收所述光纖光柵傳感器傳來(lái)的光信號(hào)并將探測(cè)的結(jié)果輸入給所述信號(hào)處理單元；
所述高速光信號(hào)探測(cè)單元包括衍射光柵及并行的高速光-電轉(zhuǎn)換陣列。由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型所述的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，由于光信號(hào)探測(cè)單元接收光纖光柵傳感器傳來(lái)的光信號(hào)并將探測(cè)的結(jié)果輸入給信號(hào)處理單元；光信號(hào)探測(cè)單元包括衍射光柵及并行的高速光-電轉(zhuǎn)換陣列。結(jié)構(gòu)緊湊、解
調(diào)高速、精準(zhǔn)。

圖l為本實(shí)用新型的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本實(shí)用新型的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式中的光信號(hào)探測(cè)單元的結(jié)構(gòu)原理圖3為本實(shí)用新型的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式中的信號(hào)處理單元的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其具體實(shí)施方式
如圖l所示，高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)主要包括光信號(hào)探測(cè)單元(g卩W-M部件)和信號(hào)處理單元(包括DSP-FPGA)。
另外，還可以包括發(fā)出激勵(lì)光的ASE光源及控制單元、顯示器、USB或互聯(lián)網(wǎng)接口等。
其中W-M (Wavelength Monitor)部件為光波衍射及監(jiān)控部件，DSP-FPGA為數(shù)字信號(hào)處理芯片和大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵行酒?。
如圖2所示，為本實(shí)用新型的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式中的光信號(hào)探測(cè)單元的結(jié)構(gòu)原理圖。在這里，W-M (Wavelength Monitor)部件采用固體衍射光柵及并行的CCD陣列4來(lái)實(shí)施高速波長(zhǎng)信號(hào)識(shí)別和光電轉(zhuǎn)換，并通過(guò)高速高分辨率A/D轉(zhuǎn)換，輸出給后續(xù)的DSP-FPGA處理。
其中，衍射光柵為固定硅光柵3，固定硅光柵3采用特殊硅工藝，實(shí)現(xiàn)高分辨率分光計(jì)功能，分辨率達(dá)到O. lnm。寬譜光源1通過(guò)擴(kuò)束鏡2實(shí)現(xiàn)光的擴(kuò)束，匹配固定硅光柵3長(zhǎng)度。反射鏡片4實(shí)現(xiàn)根據(jù)需要方向的合理分配，將衍射后空間分布的各波長(zhǎng)分量投射到CCD探測(cè)陣列5上。固定的衍射光柵沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的部件，可立即把入射光的各波長(zhǎng)在空間分離開，這是實(shí)現(xiàn)高速波長(zhǎng)掃描和穩(wěn)定數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。這里雙重衍射光柵和密集的CCD陣列4相配合，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換。信號(hào)噪聲抑制及放大電路6是為了后面A/D轉(zhuǎn)換模塊7，實(shí)現(xiàn)噪聲濾波及信號(hào)放大。A/D實(shí)現(xiàn)模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變，模擬信號(hào)為微弱信號(hào)，A/D采樣速率超過(guò)5MSPS。 CCD探測(cè)器陣列的快速光電響應(yīng)時(shí)間和高速數(shù)字信號(hào)時(shí)序電路8產(chǎn)生電路相配合，實(shí)現(xiàn)高速并行光波信號(hào)按照給定協(xié)議輸出串行數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)。其最高數(shù)據(jù)釆樣率目前可達(dá)3KHz。
如圖3所示，為本實(shí)用新型的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式中的信號(hào)處理單元的結(jié)構(gòu)原理圖。信號(hào)處理單元包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和大規(guī)模可編程邏輯陣列芯片，即DSP和FPGA，其擬合算法技術(shù)也是關(guān)鍵技術(shù)。本信號(hào)處理單元包括二項(xiàng)式或三項(xiàng)式算法單元，可以采用改進(jìn)的二項(xiàng)式/三項(xiàng)式擬合算法。
高速光纖光柵傳感解調(diào)儀需要高速和精準(zhǔn)的電信號(hào)數(shù)字處理和軟件擬合算法。解調(diào) 4儀重要任務(wù)是通過(guò)傳感器的波長(zhǎng)變化間接通過(guò)一系列光器件，最后還是要落實(shí)到光功率 譜上的分析，解析出波長(zhǎng)及其變化。高速的光功率譜的數(shù)字信號(hào)容量極大，因此整個(gè)光 譜的高速掃描需要高性能專門處理算法的硬件才能滿足要求。選擇先進(jìn)浮點(diǎn)DSP和優(yōu)化數(shù) 據(jù)及改進(jìn)的二項(xiàng)式/三項(xiàng)式擬合算法，是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)流處理和傳感分析的關(guān)鍵與 創(chuàng)新點(diǎn)。
本實(shí)用新型的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)可承載多個(gè)光纖通道，如2 — 8個(gè)，每通道可以 串多個(gè)(例如1一25個(gè))光纖光柵(FBG)傳感器。FBG傳感器可以遠(yuǎn)離監(jiān)控中心主機(jī)達(dá)100 公里。
本實(shí)用新型"高速光纖光柵傳感解調(diào)儀"可應(yīng)用在很多領(lǐng)域，特別是在諸如公路動(dòng) 態(tài)稱重/振動(dòng)/加速度/位移/應(yīng)力分析等需要實(shí)施高采樣率的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)安全檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng) 用。
以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到 的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，該解調(diào)系統(tǒng)通過(guò)光纖與外部光纖光柵傳感器相連接，其特征在于，所述解調(diào)系統(tǒng)包括高速光信號(hào)探測(cè)單元和信號(hào)處理單元，所述高速光信號(hào)探測(cè)單元接收所述光纖光柵傳感器傳來(lái)的光信號(hào)并將探測(cè)的結(jié)果輸入給所述信號(hào)處理單元；所述高速光信號(hào)探測(cè)單元包括衍射光柵及并行的高速光-電轉(zhuǎn)換陣列。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述衍射光柵為固定硅光柵。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述高速光信號(hào)探測(cè)單元的輸入端設(shè)置有擴(kuò)束鏡。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述并行的高速光-電轉(zhuǎn)換陣列為密集CCD陣列。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理單元包括高速數(shù)字信號(hào)處理芯片和大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵行酒?br> 6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理單元包括二項(xiàng)式或三項(xiàng)式算法單元。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括2 — 8個(gè)光纖通道，每個(gè)光纖通道上串連1一25個(gè)所述光纖光柵傳感器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)光纖通道之間設(shè)有切換光開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)光纖與外部光纖光柵傳感器相連接，包括光信號(hào)探測(cè)單元和信號(hào)處理單元。光信號(hào)探測(cè)單元接收光纖光柵傳感器傳來(lái)的光信號(hào)并將探測(cè)的結(jié)果輸入給信號(hào)處理單元；光信號(hào)探測(cè)單元包括衍射光柵及并行的CCD陣列4，實(shí)現(xiàn)高分辨率分光計(jì)功能和高速光-電信號(hào)轉(zhuǎn)換；信號(hào)處理單元包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和大規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵行酒?，通過(guò)創(chuàng)新與優(yōu)化的算法軟件程序，來(lái)實(shí)行高速的數(shù)據(jù)流處理與分析，并具有液晶顯示和USB接口/以太網(wǎng)接口界面。該系統(tǒng)緊湊、高速、精準(zhǔn)，使用方便可靠，可以應(yīng)用在公路動(dòng)態(tài)稱重/振動(dòng)/加速度/位移/應(yīng)力分析等需要實(shí)施高速、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01D5/26GK201425690SQ20092010883
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者雷 王 申請(qǐng)人:北京迅天宇光電科技有限公司