[發明專利]一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調裝置

有效

• 申請號: 201310101276.4
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN103217182A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 呂國輝;商紹華
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發明涉及一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調裝置，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裝置，屬光纖光柵波長解調技術領域。

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、結構簡單等優點，可以埋覆在被測物體和材料內部對壓強、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核心工作，是依據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方式，解調速度為0到10Hz之間，由于光譜儀的體積大、價格昂貴、解調速度慢等缺點，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方式，解調速度為0到200Hz之間，其成本高，解調速率有限，限制了光纖光柵傳感的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有光譜儀解調方式和采用掃描激光光源的解調方式的解調速度慢的問題，本發明提供一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調裝置。

一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調裝置，包括ASE(amplified?spontaneous?emission)光源，3dB耦合器、1×N光開關、N個光纖光柵傳感器、1×N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，每組內有N個PIN光電探測器；所述的ASE光源的光信號輸出端與3dB耦合器的光信號輸入端連接，3dB耦合器的光信號輸入輸出端與1×N光開關的光信號第一輸入輸出端連接，所述的1×N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1的正整數，

所述的3dB耦合器的光信號輸出端與1×N分路器的光信號輸入端連接，所述的1×N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轉換模塊的數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1×N光開關的控制信號輸入端連接，單片機的數據信號輸出端通過RJ45端口與上位機的數據信號輸入端連接。

所述的單片機的控制信號輸出端與1×N光開關的控制信號輸入端連接，用于實現選擇1×N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轉換模塊中的A/D轉換器是16位。

所述的單片機通過100M以太網模塊與上位機端監控軟件進行數據交換。

所述的1×N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。

所述的1×N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光源發出的光經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過3dB耦合器進入到1×N分路器，從1×N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。

本發明帶來的有益效果是其解調速度可以達到500KHz、成本低，監測方法簡單且實用，可以廣泛的應用于生產生活的諸多領域，比如溫度、應力、位移等的監測。