[發明專利]基于多縱模F-P激光器的新型光纖光柵解調方法及其系統

有效

• 申請號: 201310094674.8
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103245369A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 黎敏;舒卓;郭晶晶;鄭光輝;李玉林
• 申請（專利權）人: 黎敏
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01K11/32
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及光纖光柵動態解調的方法和裝置，具體涉及一種基于多縱模F-P激光器的新型光纖光柵解調方法及其系統。

背景技術

光纖光柵傳感器是近年來研究較多的一種新型傳感器，它以極高的靈敏度、本征安全、抗電磁干擾、高絕緣強度、體積小而著稱。目前限制光纖光柵傳感器應用的最主要障礙是傳感信號的解調成本過高。已有的解調方法總體可分為兩類：寬譜光源+窄帶濾波器和窄帶可調諧光源解調方法。由于窄帶可調諧光源解調方法在穩定性、可調諧范圍、調制難度和價格方面都存在缺點；因此寬譜光源+窄帶濾波器的解調方法應用更為普遍。寬譜光源解調方法主要有濾波法和干涉法兩種，其中濾波法主要有：線性濾波法、可調諧F-P濾波器解調法及匹配光柵解調法；干涉法主要有Sagnac干涉儀、非平衡Michelson干涉儀及非平衡M-Z干涉儀解調法。但是，上述解調方法均存在兩個主要問題：1、采用昂貴的寬譜光源和窄帶濾波器，很大程度上增加了解調成本；2、窄帶濾波器固有的機電調制結構，使得系統的響應速度低，一般在200Hz以下，只適用于低頻信號的檢測。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足，提供一種基于多縱模F-P激光器的新型光纖光柵解調方法及其系統，采用低成本的多縱模F-P激光器和DSP信號處理模塊，實現動態、高速解調和復用。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

基于多縱模F-P激光器的新型光纖光柵解調方法，包括以下步驟：

（1）采用多縱模F-P激光器發出的激光經光纖耦合器進入光纖光柵；

（2）通過功率控制單元監測多縱模F-P激光器的光功率的波動實時控制多縱模F-P激光器的供給電流的大小，確保多縱模F-P激光器輸出光功率的穩定；

（3）由光纖光柵輸出的信號，經光纖耦合器或光纖傳輸后進入波長匹配的DWDM密集波分復用器，輸出的光信號經過光電探測器接收，轉換成電壓信號；

（4）步驟（3）獲得的電壓信號經前置放大芯片放大后進入A/D模數轉換器轉化為數字信號，數字信號通過濾波器進行濾波處理濾除低頻噪聲后再通過DSP芯片進行運算和控制處理獲得解調信號；

（5）步驟（4）獲得的解調信號通過串口發送到中央控制與顯示單元進行判斷、操作并提供外設顯示。

在上述方案中，所述步驟（2）中功率控制單元是一種光功率反饋控制電路，多縱模F-P激光器的輸出光功率，由內置背光監測用光電探測器或者外置功率監測用光電探測器，首先進行光電轉換，得到對應的電信號經由A/D模數轉換器，送入單片機進行運算，并與原值進行比較、判斷；然后通過D/A數模轉換器轉換為控制信號，功率控制單元根據控制信號的波動控制多縱模F-P激光器的供給電流的大小，確保多縱模F-P激光器輸出光功率的穩定。

根據上述方法，本發明還提供了一種基于多縱模F-P激光器的光纖光柵解調系統，包括多縱模F-P激光器、光纖耦合器、光纖光柵、DWDM密集波分復用器、光電探測器、DSP信號處理模塊、中央控制與顯示單元以及與多縱模F-P激光器相連的功率控制單元，所述多縱模F-P激光器的輸出端與光纖耦合器的輸入端口A連接，光纖耦合器的輸出端口C與光纖光柵連接，光纖耦合器的輸入端口B與DWDM密集波分復用器的輸入端連接組成信號的光通道，DWDM密集波分復用器的輸出端依次連接光電探測器、DSP信號處理模塊和中央控制與顯示單元，所述功率控制單元置于多縱模F-P激光器的光源控制板上。

在上述方案中，所述多縱模F-P激光器選用峰值波長為1545nm，線寬為0.3nm的蝶形F-P半導體激光器，蝶形F-P半導體激光器設有內置光電探測器、熱敏電阻和溫度控制器，內置光電探測器采用PN結型光電二極管，置于F-P激光器內部，用于接收背向光信號并轉換為電信號，提供電輸出監測引腳；熱敏電阻和溫度控制器分別提供溫度監測輸出和溫控電流輸入引腳，以上所有引腳與功率控制單元對應連接。

在上述方案中，所述光纖耦合器采用3dB耦合器或環形器。

在上述方案中，所述光電探測器選用同軸尾纖型PIN光電二極管。

在上述方案中，所述DSP信號處理模塊包括前置放大芯片、A/D模數轉換器、濾波器和DSP芯片；

所述前置放大芯片用于將經過光電探測器接收的電壓信號進行放大，選用對數放大器AD0834；

所述A/D模數轉換器用于將放大的電壓信號轉換為數字信號；

所述濾波器用于將上述數字信號進行濾波處理濾除低頻噪聲；