[實用新型]基于光纖布拉格光柵傳感器測量系統

有效

• 申請號: 201920015286.9
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN209117041U
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 莫金海;陶輝;潘海波;徐學武
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

本實用新型公開一種基于光纖布拉格光柵傳感器測量系統，包括可調諧激光光源、電光調制器、環形器、n個串接的光纖布拉格光柵傳感器、光電轉換模塊、FPGA嵌入式采集卡和ARM主控模塊。由FPGA嵌入式采集卡控制OTDR采集單元進行數據采集，搭建的測量系統能夠實現波分復用技術與時分復用技術結合，提高系統搭載傳感器數量，擴大傳感網絡規模，解決傳感器空間定位問題；采用基于FPGA作為微處理器，通過內部邏輯單元以及狀態機功能實現數據采集與傳輸的速度控制，固有的并行工作方式，為本系統提供數據高速高精度以及并行處理的能力，提高系統實時性。

技術領域

本實用新型涉及光纖傳感測量技術領域，具體涉及一種基于光纖布拉格光柵傳感器測量系統。

背景技術

光纖光柵具有易與光纖連接，傳輸損耗小，光譜特性好和可靠性高等特點。光纖光柵作為傳感元件，可通過波長調制實現物理量的大容量、分布式動態監測，能夠有效克服傳統電類傳感技術及其測量系統在長期穩定性、環境適應性和分布傳感檢測等方面存在的不足，可對溫度、應變、振動、壓力等物理量進行有效測量，廣泛應用于橋梁隧道、大壩電站、油田油罐、機械裝備等領域的健康監測，極大滿足軍民應用的物理量測量要求。

隨著光纖光柵傳感技術的發展和實際應用的需求，光纖布拉格光柵傳感測量系統正朝著大容量和多參數測量方向發展，如何對測量系統中光纖傳來的龐大數量的傳感信號，進行有效采集處理成為光纖布拉格光柵傳感測量系統的一個重要問題，特別是在高精度、大范圍分布式測量中，數據采集處理技術是影響系統實用性的關鍵。

目前，光纖布拉格光柵傳感測量系統的數據采集采用“硬采集、軟處理”方式的通用數據采集卡來實現，然而這種采集方式卻難以滿足對采集系統實現性要求比較高的使用環境。雖然采用“硬采集、硬處理”的方式，可以應用流水線等技術，大大提高數據的處理速度，且易于實現高速高精度的實時數據采集，具有更好的實用性。但是由于不同數據采集需求，目前市場上仍沒有通用的帶有硬件算法處理功能的數據采集卡。

實用新型內容

本實用新型所要解決的是現有光纖布拉格光柵傳感測量系統實時性不強的問題，提供一種基于光纖布拉格光柵傳感器測量系統。

為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：

基于光纖布拉格光柵傳感器測量系統，包括可調諧激光光源、電光調制器、環形器、n個串接的光纖布拉格光柵傳感器、光電轉換模塊、FPGA嵌入式采集卡和ARM主控模塊；其中FPGA嵌入式采集卡、電光調制器、環形器和光電轉換模塊組成OTDR信號采集單元；可調諧激光光源的輸出端連接電光調制器的輸入端，電光調制器的輸出端連接環形器的第一個分光端口；環形器的第二分光端口連接n個串接的光纖布拉格光柵傳感器；環形器的第三分光端口輸出的光信號接至光電轉換模塊的輸入端；ARM主控模塊與可調諧激光光源和FPGA嵌入式采集卡相連；光電轉換模塊的輸出端連接FPGA嵌入式采集卡的輸入端，FPGA嵌入式采集卡的輸出端與電光調制器的控制端連接。

上述方案中，FPGA嵌入式采集卡包括FPGA模塊、模數轉換模塊、觸發脈沖模塊和SDRAM；模數轉換模塊的輸入端連接光電轉換模塊的輸出端，模數轉換模塊的輸出端連接FPGA模塊的輸入端；FPGA模塊的輸出端連接觸發脈沖模塊的輸入端，觸發脈沖模塊的輸出端連接電光調制器的控制端；SDRAM與FPGA模塊相連；FPGA模塊通過并行總線與ARM主控模塊相連。

上述方案中，模數轉換模塊包括輸入SMA連接器、差分驅動器，AD轉換器和差分振蕩器；輸入SMA連接器的輸入端形成FPGA嵌入式采集卡的輸入端，與光電轉換模塊連接；輸入SMA連接器的輸出端與差分驅動器的輸入端連接；差分驅動器的輸出端連接AD轉換器的輸入端，AD轉換器的輸出端連接FPGA模塊的輸入端；差分振蕩器連接AD轉換器的時鐘控制端。

上述方案中，FPGA模塊的輸出端連接單路反向器的輸入端，單路反向器的輸出端與輸出SMA連接器的輸入端連接；輸出SMA連接器的輸出端形成FPGA嵌入式采集卡的輸出端，與電光調制器連接。