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(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(jié)構(gòu)的傳感器，具有體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易集成、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，可以埋覆在被測物體和材料內(nèi)部對壓強(qiáng)、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、流速、流量、粘度等物理量進(jìn)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(jìn)行讀取，變換，進(jìn)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(yīng)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(yīng)用范圍。

實用新型內(nèi)容本實用新型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，本實用新型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(guān)、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(jī)、RJ45端口和上位機(jī)；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(guān)的光信號第一輸入輸出端連接,所述的I XN光開關(guān)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(jī)的電信號輸入端連接，所述的單片機(jī)的控制信號輸出端與I XN光開關(guān)的控制信號輸入端連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)信號輸出端通過RJ45端口與上位機(jī)的數(shù)據(jù)信號輸入端連接。所述的單片機(jī)的控制信號輸出端與I XN光開關(guān)的控制信號輸入端連接，用于實現(xiàn)選擇IXN光開關(guān)中的某一路開關(guān)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(jī)通過100M以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)端監(jiān)控軟件進(jìn)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)福射光源,其波長范圍從1525nm到1565nm,光強(qiáng)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(yīng)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(yīng)光強(qiáng)哀減為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(guān)采用高速半導(dǎo)體光開關(guān)，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(jìn)入到I X N光開關(guān)，從I X N光開關(guān)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(jìn)入到IXN分路器，從IXN分路器輸出的N路光信號分別進(jìn)入N個濾色片，當(dāng)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(dāng)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(jī)將2N個PIN光電探測器輸出的數(shù)字電信號進(jìn)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。
·[0018]本實用新型帶來的有益效果是其解調(diào)速度可以達(dá)到500KHZ、成本低，監(jiān)測方法簡單且實用，可以廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域，比如溫度、應(yīng)力、位移等的監(jiān)測。

圖1是本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型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是本實用新型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(biāo)記12表示透射光的光譜特性，附圖標(biāo)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是本實用新型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(biāo)記16表示反射光的光譜特性，附圖標(biāo)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是本實用新型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(biāo)記21表示反射光的光譜特性，附圖標(biāo)記20表示透射光的光譜特性，附圖標(biāo)記23表示濾色片的反射光譜，附圖標(biāo)記22表示濾色片的透射光譜。圖6是與圖3所對應(yīng)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(biāo)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P(yáng)IN光電探測器輸出的電信號幅值，附圖標(biāo)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P(yáng)IN光電探測器輸出的電信號幅值。圖7是與圖4所對應(yīng)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(biāo)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(yáng) IN光電探測器輸出的電信號幅值，附圖標(biāo)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P(yáng)IN光電探測器輸出的電信號幅值。圖8是與圖5所對應(yīng)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(biāo)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P(yáng)IN光電探測器輸出的電信號幅值，圖中附圖標(biāo)記25表示濾色片透射出的光發(fā)送至PIN光電探測器后，該P(yáng)IN光電探測器輸出的電信號幅值。
具體實施方式
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(guān)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(jī)9、RJ45端口 10和上位機(jī)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(guān)3的光信號第一輸入輸出端連接,所述的I XN光開關(guān)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(jī)9的電信號輸入端連接，所述的單片機(jī)9的控制信號輸出端與IXN光開關(guān)3的控制信號輸入端連接，單片機(jī)9的數(shù)據(jù)信號輸出端通過RJ45端口 10與上位機(jī)11的數(shù)據(jù)信號輸入端連接。所述的單片機(jī)9的控制信號輸出端與IXN光開關(guān)3的控制信號輸入端連接，用于實現(xiàn)選擇I XN光開關(guān)3中的某一路開關(guān)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(jī)9通過100M以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)11端監(jiān)控軟件進(jìn)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(qiáng)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(yīng)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(yīng)光強(qiáng)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(guān)3采用高速半導(dǎo)體光開關(guān),通道切換時間為ns級。原理分析:ASE光源1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(guān)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1 XN分路器5，從1 X N分路器5輸出的N路光信號分別進(jìn)入N個濾色片6 ； 當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jī)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C(jī)11上，進(jìn)行顯示及存儲。
權(quán)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(guān)(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(jī)(9)、RJ45端口(10)和上位機(jī)(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(guān)(3)的光信號第一輸入輸出端連接,所述的I XN光開關(guān)(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(jī)(9)的電信號輸入端連接，所述的單片機(jī)(9)的控制信號輸出端與I XN光開關(guān)(3)的控制信號輸入端連接，單片機(jī)(9)的數(shù)據(jù)信號輸出端通過RJ45端口(10)與上位機(jī)(11)的數(shù)據(jù)信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)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(quán)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(jī)(9)通過100Μ以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)(11)端監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
4.根據(jù)權(quán)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(quán)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(qiáng)為20 200mW。
6.根據(jù)權(quán)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(quán)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(yīng)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(yīng)光強(qiáng)哀減為20dB。
8.根據(jù)權(quán)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(quán)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(guān)(3)采用高速半導(dǎo)體光開關(guān)，通道切換時間為ns級。
專利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(shù)領(lǐng)域；本實用新型發(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，本實用新型所述的ASE光源發(fā)出的光經(jīng)3db耦合器后，進(jìn)入到1×N光開關(guān)，從1×N光開關(guān)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(jìn)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(jìn)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(jī)上顯示及存儲；本實用新型廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域，比如進(jìn)行對溫度、應(yīng)力、位移等的監(jiān)測。
文檔編號G01D5/26GK203100749SQ20132014333
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)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(xué)