[發(fā)明專(zhuān)利]一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710532646.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107270950B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏士博;李永善;余小紅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海鐵路通信有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01D5/353
• 分類(lèi)號(hào): G01D5/353;G01D21/02
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

本發(fā)明涉及一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，包括波長(zhǎng)可調(diào)激光器、光纖分路器、光纖耦合器、光纖光柵傳感器、光電探測(cè)器、調(diào)理?放大?采樣電路和嵌入式控制器，嵌入式控制器的控制端口連接波長(zhǎng)可調(diào)激光器，波長(zhǎng)可調(diào)激光器輸出的激光經(jīng)過(guò)光纖分路器分路后，各光束分別由對(duì)應(yīng)的光纖耦合器輸出到對(duì)應(yīng)的光纖光柵傳感器，由光纖光柵傳感器反射的激光依次經(jīng)對(duì)應(yīng)的光纖耦合器和光電探測(cè)器進(jìn)入調(diào)理?放大?采樣電路，然后返回到嵌入式控制器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅掃描效率高，功效高，而且系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性好，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比極高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，尤其是涉及一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

光纖光柵傳感器與傳統(tǒng)的電傳感器相比有著更高的可靠性、電磁兼容性、抗干擾能力、耐腐蝕等特征，有著廣闊的應(yīng)用前景。

光纖光柵傳感器的工作原理是：隨著外界溫度、應(yīng)力或密度等物理量的變化，光纖光柵傳感器反射的波長(zhǎng)將發(fā)生偏移，通過(guò)光纖光柵傳感器解調(diào)系統(tǒng)對(duì)光纖光柵傳感器反射的波長(zhǎng)的偏移量進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，就可以計(jì)算出外界的溫度、應(yīng)力或密度等微小變化，其中解調(diào)的關(guān)鍵就是要有效地測(cè)量其波長(zhǎng)偏移量。

隨著近年來(lái)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光技術(shù)的發(fā)展，高性能波長(zhǎng)可調(diào)激光器組件已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室、密集波分復(fù)用系統(tǒng)等光通信和實(shí)驗(yàn)測(cè)量領(lǐng)域，波長(zhǎng)可調(diào)激光器可指定特定功率和特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的任意波長(zhǎng)的輸出，且具有良好的數(shù)字控制接口，如RS232接口、USART、USB等，通過(guò)這些接口，按照已知的協(xié)議就可對(duì)激光器的輸出波長(zhǎng)進(jìn)行精確的控制。

目前，常用的光纖光柵解調(diào)的方法有濾波解調(diào)、干涉解調(diào)、可調(diào)諧光源解調(diào)等，針對(duì)每一種分類(lèi)方法，在具體的實(shí)現(xiàn)中又可采用不同的技術(shù)進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的檢索和研究發(fā)現(xiàn)，在已申請(qǐng)的專(zhuān)利中，將指定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光作為核心器件，實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感解調(diào)的系統(tǒng)目前還比較少見(jiàn)，由于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所采用的核心器件不同，最終反映到具體的實(shí)現(xiàn)中，差異通常都很大。如申請(qǐng)?zhí)?01610556709.9雖然引入了可調(diào)諧激光器作為光源，只是用來(lái)實(shí)現(xiàn)“可調(diào)諧激光器輸出線性?huà)呙韫庠础保簧暾?qǐng)?zhí)?01510411841.6所采用的可調(diào)諧光源裝置，除了提供掃描光源外，還需要在每次光源輸出的同時(shí)，向采樣裝置提供采樣觸發(fā)信號(hào)，這種調(diào)諧光源所輸出的光源顯然是間歇脈沖式且非連續(xù)性的，而且由于系統(tǒng)存在著光、電傳輸延遲，在光源輸出的同時(shí)觸發(fā)采樣，顯然存在問(wèn)題，為此，為解決該類(lèi)問(wèn)題，專(zhuān)利201310507078.8引入了參考光柵，來(lái)“消除滯后和漂移對(duì)波長(zhǎng)解調(diào)的影響”，申請(qǐng)?zhí)?01510411841.6采用的是同步輸出-輸入采樣，由于系統(tǒng)參量的變化和不同光柵之間的空間分布的不均衡，實(shí)際工作中精確的同步很難做到，采樣到的反射光波頻率只能是近似值，誤差比較大，且所采用的可調(diào)諧激光光源設(shè)有起始波長(zhǎng)、終止波上和步進(jìn)，在此范圍內(nèi)進(jìn)行全光譜掃描，然后再根據(jù)傳感器數(shù)量進(jìn)行分區(qū)劃分計(jì)算，這樣的處理方式，一方面需要大量的內(nèi)存用于保存全光譜內(nèi)每個(gè)步進(jìn)的采樣結(jié)果，另一方面，在每個(gè)掃描周期結(jié)束后，再分段提取數(shù)據(jù)，分段計(jì)算偏移結(jié)果，最后批量輸出計(jì)算結(jié)果，系統(tǒng)延時(shí)大，實(shí)時(shí)性不高；由于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法復(fù)雜，說(shuō)明文件在[0070]段就明確說(shuō)明，“上位機(jī)”為“PC控制”的系統(tǒng)，因?yàn)镻C系統(tǒng)有著豐富的內(nèi)存和計(jì)算資源，但是基于PC的系統(tǒng)與采用嵌入式的系統(tǒng)方案在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上均無(wú)法同嵌入式系統(tǒng)方案相比，適用的范圍、場(chǎng)合也不盡相同，且系統(tǒng)集成度差，性?xún)r(jià)比差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種嵌入式段式掃描光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：