專利名稱：一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，具體講是一種利用濾色片分光和光電探測陣列采集的光纖光柵波長解調(diào)裝置，屬光纖光柵波長解調(diào)技術領域。
背景技術：
在許多特殊的場合，光纖光柵傳感器具有許多傳統(tǒng)傳感器不具備的特點。光纖光柵作為智能化結構的傳感器，具有體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強、易集成、結構簡單等優(yōu)點，可以埋覆在被測物體和材料內(nèi)部對壓強、溫度、應力、應變、流速、流量、粘度等物理量進行檢測。對于光纖光柵傳感信號的解調(diào)核心工作，是依據(jù)對光纖光柵不同的中心波長返回值進行讀取，變換，進而得到外界信息的變化量。對于采用光譜儀解調(diào)方式，解調(diào)速度為O到IOHz之間，由于光譜儀的體積大、價格昂貴、解調(diào)速度慢等缺點，限制了其工程化的推廣應用；對于采用掃描激光光源的解調(diào)方式，解調(diào)速度為O到200Hz之間，其成本高，解調(diào)速率有限，限制了光纖光柵傳感的應用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有光譜儀解調(diào)方式和采用掃描激光光源的解調(diào)方式的解調(diào)速度慢的問題，本發(fā)明提供一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置。一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置,包括ASE (amplified spontaneousemission)光源,3dB稱合器、IXN光開關、N個光纖光柵傳感器、IXN分路器、N個濾色片、2N個PIN(positive intrinsic negative)光電探測器、信號放大及A/D(analog/digital)轉(zhuǎn)換模塊、單片機、RJ45端口和上位機；2N個PIN光電探測器分成2組，每組內(nèi)有N個PIN光電探測器；所述的ASE光源的光信號輸出端與3dB f禹合器的光信號輸入端連接,3dB f禹合器的光信號輸入輸出端與I XN光開關的光信號第一輸入輸出端連接,所述的I XN光開關的其余N個光信號輸入輸出端分別與N個光纖光柵傳感器的輸入輸出端連接，所述N為大于I的正整數(shù)，所述的3dB稱合器的光信號輸出端與I XN分路器的光信號輸入端連接,所述的I XN分路器的N個光信號輸出端輸出的光信號分別入射至N個濾色片，經(jīng)N個濾色片透射的光信號分別入射至一組PIN光電探測器中的N個PIN光電探測器的光敏面；經(jīng)N個濾色片反射的光信號分別入射至另一組PIN光電探測器中的N個PIN光電探測器的光敏面，2N個PIN光電探測器的電信號的輸出端分別與信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊的2N個模擬電信號的輸入端連接，所述的信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字電信號輸出端與單片機的電信號輸入端連接，所述的單片機的控制信號輸出端與I XN光開關的控制信號輸入端連接，單片機的數(shù)據(jù)信號輸出端通過RJ45端口與上位機的數(shù)據(jù)信號輸入端連接。所述的單片機的控制信號輸出端與I XN光開關的控制信號輸入端連接，用于實現(xiàn)選擇IXN光開關中的某一路開關的打開和閉合。
所述的信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器是16位。所述的單片機通過100M以太網(wǎng)模塊與上位機端監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)交換。所述的IXN分路器的N個光信號輸出端輸出的N路光信號相同。所述的ASE光源是放大自發(fā)輻射光源，其波長范圍從1525nm到1565nm，光強為20 200mW。所述的N個濾色片的波長范圍均是從1525nm到1565nm。所述的N個濾色片的中心波長按從小到大的順序排列，且相鄰的濾色片對應的中心波長差為2nm，每個濾色片的反射/透射過度帶寬為2nm，對應光強衰減為20dB。所述的濾色片的中心波長是其波長范圍的中間值。所述的N為小于等于20的正整數(shù)。所述的IXN光開關采用高速半導體光開關，通道切換時間為ns級。具體地說，ASE光源發(fā)出的光經(jīng)3dB耦合器后，進入到I X N光開關，從I X N光開關某通道返回的含有光纖光柵波長信息的光經(jīng)過3dB耦合器進入到IXN分路器，從IXN分路器輸出的N路光信號分別進入N個濾色片，當光信號的波長值與濾色片的中心波長值匹配時，與此濾色片連接的兩個PIN光電探測器輸出的電信號值非最小值，非最大值；當光信號的波長值與濾色片的中心波長值不匹配時，與此濾色片連接的兩個PIN光電探測器輸出的電信號值分別為最小值和最大值，單片機將2N個PIN光電探測器輸出的數(shù)字電信號進行處理，得到所連接的光纖光柵傳感器返回光的真實波長值。本發(fā)明帶來的有益效果是其解調(diào)速度可以達到500KHZ、成本低，監(jiān)測方法簡單且實用，可以廣泛的應用于生產(chǎn)生活的諸多領域，比如溫度、應力、位移等的監(jiān)測。


圖1是本發(fā)明的裝置結構示意圖。圖2是本發(fā)明所用濾色片的濾光光譜特性圖，以濾色片的中心波長是1540nm處為例；圖中實線表示透射光的光譜特性，虛線表示反射光的光譜特性。圖3是本發(fā)明所用濾色片的過濾光波長小于該濾色片波長范圍的光譜特性圖，以濾色片的中心波長是1540nm處為例；圖中附圖標記12表示透射光的光譜特性，附圖標記13表示濾色片的透射光譜,虛線表示反射光的光譜特性。圖4是本發(fā)明所用濾色片過濾光波長大于該濾色片波長范圍的光譜特性圖，以濾色片的中心波長是1540nm處為例；圖中附圖標記16表示反射光的光譜特性，附圖標記17表示濾色片的反射光譜，實線表示透射光的光譜特性。圖5是本發(fā)明所用濾色片過濾光波長處于該濾色片波長范圍之內(nèi)的光譜特性圖，以濾色片的中心波長是1540nm處為例；圖中圖中附圖標記21表示反射光的光譜特性，附圖標記20表示透射光的光譜特性，附圖標記23表示濾色片的反射光譜，附圖標記22表示濾色片的透射光譜。圖6是與圖3所對應的、濾色片所連接的兩個PIN光電探測器輸出的電信號的幅值示意圖；圖中附圖標記14表示經(jīng)濾色片反射的光信號發(fā)送至PIN光電探測器后，該PIN光電探測器輸出的電信號幅值，附圖標記15表示經(jīng)濾色片透射出的光發(fā)送至PIN光電探測器后，該PIN光電探測器輸出的電信號幅值。
圖7是與圖4所對應的濾色片所連接的兩個PIN光電探測器輸出的電信號的幅值示意圖；圖中附圖標記18表示經(jīng)濾色片反射的光發(fā)送至PIN光電探測器后，該P IN光電探測器輸出的電信號幅值，附圖標記19表示經(jīng)濾色片透射出的光發(fā)送至PIN光電探測器后，該PIN光電探測器輸出的電信號幅值。圖8是與圖5所對應的濾色片所連接的兩個PIN光電探測器輸出的電信號的幅值示意圖；圖中附圖標記24表示經(jīng)濾色片發(fā)射的光發(fā)送至PIN光電探測器后，該PIN光電探測器輸出的電信號幅值，圖中附圖標記25表示濾色片透射出的光發(fā)送至PIN光電探測器后，該PIN光電探測器輸出的電信號幅值。
具體實施例方式具體實施方式
一:參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，包括ASE光源I, 3dB稱合器2、I XN光開關3、N個光纖光柵傳感器4、I XN分路器5、N個濾色片6、2N個PIN光電探測器、信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8、單片機9、RJ45端口 10和上位機11 ;2N個PIN光電探測器分成2組，每組內(nèi)有N個PIN光電探測器，所述的ASE光源I的光信號輸出端與3dB稱合器2的光信號輸入端連接,3dB f禹合器2的光信號輸入輸出端與IXN光開關3的光信號第一輸入輸出端連接,所述的I XN光開關3的其余N個光信號輸入輸出端分別與N個光纖光柵傳感器4的輸入輸出端連接，所述N為大于I的正整數(shù)，所述的3dB稱合器2的光信號輸出端與I XN分路器5的光信號輸入端連接,所述的I XN分路器5的N個光信號輸出端輸出的光信號分別入射至N個濾色片6，經(jīng)N個濾色片6透射的光信號分別入射至一組PIN光電探測器中的N個PIN光電探測器7-1的光敏面；經(jīng)N個濾色片6反射的光信號分別入射至另一組PIN光電探測器中的N個PIN光電探測器7-2的光敏面，2N個PIN光電探測器的電信號的輸出端分別與信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8的2N個模擬電信號的輸入端連接，所述的信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8的數(shù)字電信號輸出端與單片機9的電信號輸入端連接，所述的單片機9的控制信號輸出端與IXN光開關3的控制信號輸入端連接，單片機9的數(shù)據(jù)信號輸出端通過RJ45端口 10與上位機11的數(shù)據(jù)信號輸入端連接。所述的單片機9的控制信號輸出端與IXN光開關3的控制信號輸入端連接，用于實現(xiàn)選擇I XN光開關3中的某一路開關的打開和閉合。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一的區(qū)別在于，所述的信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8中的A/D轉(zhuǎn)換器是16位。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一的區(qū)別在于，所述的單片機9通過100M以太網(wǎng)模塊與上位機11端監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)交換。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一的區(qū)別在于，所述的IXN分路器5的N個光信號輸出端輸出的N路光信號相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一的區(qū)別在于，所述的ASE光源I是放大自發(fā)輻射光源，其波長范圍從1525nm到1565nm，光強為20 200mW。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
一的區(qū)別在于，所述的N個濾色片6的波長范圍均是從1525nm到1565nm。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
六的區(qū)別在于，所述的N個濾色片6的中心波長按從小到大的順序排列，且相鄰的濾色6片對應的中心波長差為2nm，每個濾色片6的反射/透射過度帶寬為2nm，對應光強衰減為20dB。所述的濾色片6的中心波長是其波長范圍的中間值。
具體實施方式
八:本實施方式與具體實施方式
七的區(qū)別在于，所述的N為小于等于20的正整數(shù)。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
一的區(qū)別在于，所述的I XN光開關3采用高速半導體光開關,通道切換時間為ns級。原理分析:ASE光源I發(fā)出的光信號經(jīng)3dB耦合器2后發(fā)送至此時I X N光開關3某通道所在的光纖光柵傳感器4，經(jīng)此光纖光柵傳感器4傳感器反射回的光信號經(jīng)3dB耦合器2發(fā)送至I XN分路器5，從I X N分路器5輸出的N路光信號分別進入N個濾色片6 ； 當I X N分路器5輸出的光信號的波長值小于濾色片6的波長范圍值時，光信號透射濾色片6至與此濾色片6的光信號的輸出端連接的一個PIN光電探測器7-1，此PIN光電探測器7-1輸出的電信號值為最大值，與此濾色片6鏈接的另一個PIN光電探測器7-2輸出模擬電信號值為最小值，具體參見圖3 ；當I XN分路器5輸出的光信號的波長值大于濾色片6的波長范圍值時，光信號經(jīng)此濾色片6反射至與此濾色片6光信號的輸出端所連接的一個PIN光電探測器7-2，此PIN光電探測器7-2輸出的電信號值為最大值，與此濾色片6鏈接的另一個PIN光電探測器7-1輸出的電信號值為最小值，具體參見圖4 ；當I X N分路器5輸出的光信號的波長值處于濾色片6的波長范圍值之內(nèi)時，此光信號平均分成兩路后，一路光信號透射此濾色片6，一路光信號經(jīng)此濾色片6反射，與此濾色片6所連接的兩個PIN光電探測器輸出的電信號值均是非最大值和非最小值，具體參見圖5 ；每個PIN光電探測器的輸出電信號經(jīng)信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8后，將PIN光電探測器輸出的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號，數(shù)字電信號經(jīng)單片機9處理變換為光纖光柵傳感器4的真實波長值，通過RJ45端口 10，傳輸?shù)缴衔粰C11上，進行顯示及存儲。
權利要求
1.一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于它包括ASE光源(l)，3dB率禹合器(2)、I X N光開關(3)、N個光纖光柵傳感器(4)、I X N分路器(5)、N個濾色片(6)、2N個PIN光電探測器、信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)、單片機(9)、RJ45端口(10)和上位機(11);2N個PIN光電探測器分成2組，每組內(nèi)有N個PIN光電探測器；所述的ASE光源(I)的光信號輸出端與3dB f禹合器(2)的光信號輸入端連接，3dB f禹合器(2)的光信號輸入輸出端與I XN光開關(3)的光信號第一輸入輸出端連接,所述的I XN光開關(3)的其余N個光信號輸入輸出端分別與N個光纖光柵傳感器(4)的輸入輸出端連接,所述N為大于I的正整數(shù)， 所述的3dBf禹合器(2)的光信號輸出端與IXN分路器(5)的光信號輸入端連接,所述的IXN分路器(5)的N個光信號輸出端輸出的光信號分別入射至N個濾色片(6)，經(jīng)N個濾色片(6)透射的光信號分別入射至一組PIN光電探測器中的N個PIN光電探測器(7-1)的光敏面?zhèn)€濾色片(6)反射的光信號分別入射至另一組PIN光電探測器中的N個PIN光電探測器(7-2)的光敏面，2Ν個PIN光電探測器的電信號的輸出端分別與信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)的2Ν個模擬電信號的輸入端連接，所述的信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)的數(shù)字電信號輸出端與單片機(9)的電信號輸入端連接，所述的單片機(9)的控制信號輸出端與I XN光開關(3)的控制信號輸入端連接，單片機(9)的數(shù)據(jù)信號輸出端通過RJ45端口(10)與上位機(11)的數(shù)據(jù)信號輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的信號放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)中的A/D轉(zhuǎn)換器是16位。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的單片機(9)通過100Μ以太網(wǎng)模塊與上位機(11)端監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)交換。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的IXN分路器(5)的N 個光信號輸出端輸出的N路光信號相同。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的ASE光源(I)是放大自發(fā)輻射光源，其波長范圍從1525nm到1565nm，光強為20 200mW。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的N個濾色片￠)的波長范圍均是從1525nm到1565nm。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的N個濾色片￠)的中心波長按從小到大的順序排列，且相鄰的濾色(6)片對應的中心波長差為2nm，每個濾色片(6)的反射/透射過度帶寬為2nm，對應光強衰減為20dB。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的N為小于等于20的正整數(shù)。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的IXN光開關(3)采用高速半導體光開關，通道切換時間為ns級。
全文摘要
一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，屬于光纖光柵波長解調(diào)技術領域；本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有光譜儀解調(diào)方式和采用掃描激光光源的解調(diào)方式的解調(diào)速度慢的問題，本發(fā)明所述的ASE光源發(fā)出的光經(jīng)3db耦合器后，進入到1×N光開關，從1×N光開關某通道返回的含有光纖光柵波長信息的光經(jīng)過3db耦合器進入到1×N分路器，從1×N分路器與N個濾色片相連，從濾色片輸出光經(jīng)PIN光電探測器進行光電轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換，最終得到所連接的光纖光柵傳感器返回光的真實波長值在上位機上顯示及存儲；本發(fā)明廣泛的應用于生產(chǎn)生活的諸多領域，比如進行對溫度、應力、位移等的監(jiān)測。
文檔編號G01D5/26GK103217182SQ20131010127
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權日2013年3月27日
發(fā)明者呂國輝, 商紹華 申請人:黑龍江大學