[發明專利]一種光纖光柵解調儀

有效

• 申請號: 201310507078.8
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103528607A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 王楊峰;夏旭鵬;韋冬青;潘建懿;陳緒英
• 申請（專利權）人: 寧波振東光電有限公司
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 張一平;鄧青玲

技術領域

本發明涉及一種光纖光柵解調儀。

背景技術

近年來基于光纖光柵溫度和壓力傳感器測量系統在電力能源、石油化工、軌道交通、隧道橋梁等領域應用十分廣泛，成為經濟增長的一個亮點，相關技術也成為人們研究的熱點。光纖光柵測量技術可以實現遠距離的實時測量和監控，且具有測量范圍寬，高精度和高穩定度的特點，特別是在強電磁干擾場合或者防爆場合優勢尤為明顯。

傳統上，光纖光柵解調技術采用光譜儀，濾色片以及波長計，但這些解調系統存在價格昂貴，體積大等缺點，不適合工程應用。為此人們相繼提出許多適合工程應用的解調方法。基于掃描光源的解調方案是目前常見的解調方法之一。掃描光源的解調方法本質上仍是基于可調諧FP技術，在掃描光源FP濾波器上的壓電體PZT上加載一定電壓，調節PZT腔間隔，從而使掃描光源輸出特定的波長。由于壓電體PZT結構本身存在蠕變、滯后和漂移等缺點，故解調儀需要有參考光路對解調波長進行修正，以消除這些影響，提高解調系統的準確度。傳統的做法是參考光路采用熱穩定性良好的FP標準具實現，但FP標準具價格昂貴，只適合實驗室原理驗證，不適合工程實際應用。同時在多通道應用中，由于每個通道的光柵數量和間隔不一樣，導致光柵反射回來的信號大小不一樣，如何使光柵信號檢測電路具有通用性和兼容性以適應不同通道的要求也是解調方案需要研究的內容，目前從公布的現有技術來看還沒有很好的解決辦法。

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提供一種光纖光柵解調儀，該解調儀方案能消除由于掃描光源本身蠕變、滯后和漂移使波長解調結果產生影響，從而正確解調出波長數據。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：該光纖光柵解調儀，其特征在于：包括掃描光源、分光比為99:1的耦合器、PLC分路器模塊、多個3dB耦合器、光纖光柵陣列、參考光路、數據采集模塊、主控板、工控機和顯示器，其中掃描光源的電源輸入端與主控板連接，掃描光源在主控板輸出的掃描電壓控制下輸出光信號，掃描光源輸出的光信號通過耦合器的A端進入，耦合器的B端為分光比中99的部分，耦合器的C端為分光比1中1的部分，耦合器的B端接PLC分路器模塊，耦合器的C端進入參考光路，PLC分路器模塊的各通道輸出端分別通過一個3dB耦合器后進入光纖光柵陣列，光纖光柵陣列中光纖光柵反射回來的信號依次通過與其連接的3dB耦合器傳到數據采集模塊，參考光路的輸出端也與數據采集模塊連接，數據采集模塊與主控板連接，主控板與工控機連接，工控機與顯示器連接；

其中，所述參考光路包括第一參考光柵、第二參考光柵、第三參考光柵和溫度傳感器，溫度傳感器與主控板連接，上述三個參考光柵的波長需要滿足一定要求，才能對掃描光源進行修正和補償，以消除掃描光源漂移，蠕變對系統測量精度和穩定性的影響，同時也可補償掃描光源的非線性。系統選取的光柵信號波段范圍在λ1到λ5之間，則要求掃描光源的波長掃描范圍總是在λ1到λ5之間，使解調系統不遺漏光柵，保證系統工作的穩定性，參考光柵選取準則：第一參考光柵的波長λ2和第二參考光柵的波長λ3靠近系統波長的一端λ1，第三參考光柵的波長λ4靠近系統波長的另一端λ5，且λ4-λ3和λ3-λ2的比例在4:1到7:1之間。作為優選，取λ2和λ3靠近λ1，λ4靠近λ5，λ4-λ3波長差和λ3-λ2的波長差比值為5:1。

為保證參考光路的相對穩定性，需要3個參考光柵具有相同溫度。本方案放棄復雜的溫度控制電路的實現方式，而采用簡單的結構設計來實現這一功能，實現方式為：第一參考光柵、第二參考光柵、第三參考光柵和溫度傳感器均設置在一鋁塊內，該鋁塊上開有U型槽，三個參考光柵和溫度傳感器互相緊靠設置在該U型槽中，同時U型槽內的縫隙內設置導熱硅膠固定，鋁塊上加有鋁板密封。實際測試表明，采用這種結構三個光柵之間的溫度誤差小于0.1攝氏度，能滿足工業場合的要求。

所述PLC分路器模塊由九個1X8PLC分路器組成，其中耦合器的B端與其中一個1X8PLC分路器的輸入端連接，該1X8PLC分路器的八個輸出端分別與剩下的八個1X8PLC分路器的輸入端連接。實際使用中可根據通道數量合理調整1X8PLC分路器的數量，配置成所需通道，這邊需要說明的是，當組合64個通道時，由于系統采集系統最大只支持64通道（包含1路參考通道）故實際只能使用其中的63個通道，1個為備用通道。