CN101387527B - 光纤光栅传感解调仪及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤光栅传感解调仪，该解调仪包括大功率ASE宽谱光源、微光机械扫描滤波系统、光耦合器、光探测器、对数放大电路、信号采集放大与模数转换电路、数字信号处理系统，所述的大功率ASE宽谱光源与微光机械扫描滤波系统连接，所述的微光机械扫描滤波系统与光耦合器连接，所述的光耦合器与光探测器连接，所述的光探测器与对数放大电路、信号采集放大与模数转换电路、数字信号处理系统依次连接。本发明的的精度有了很大提高，该装置基于微光机械扫描滤波技术和DSP信号采集与处理技术，性能稳定可靠，测量精度高；可以通过远程读取光纤光栅中心反射波长，实现解调仪的远程实时读取，对于传感系统网状布设，工程实现简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及光纤光栅传感解调仪及其应用。
背景技术
传统的解调仪采用基于扫描激光器的波长探测功能，可用于光纤F-P腔传感器或者光纤光栅传感器的解调。由于扫描激光器的稳定性和重复性较差，从而传统解调仪的分辨率、测量精度与抗干扰能力不足。
光纤传感系统，是利用光波在光纤中传播时表征的特性参量(振幅、相位、偏振态、波长、光强等)在外界位移、压力、温度等因素的作用下直接或间接发生变化，从而将光纤作为传感元件来探测各种物理量。光纤布喇格光栅传感器的传感机理是，布喇格波长决定于折射率调制的空间周期和调制的幅度大小，用数学公式表示为：
λB＝2neffΛ
如果拉伸或压缩光纤，有效折射率neff和折射率调制的周期Λ都会发生变化，这样布喇格波长λB就会发生变化。通过监测光栅反射光的波长，就可以知道光栅处的应变情况。如果将光纤光栅贴在结构上或埋入结构中，使光栅和结构经受相同的应变、温度或者倾斜度，通过测量光纤光栅相应的变化情况，我们就可以测量结构的应变、温度和倾斜度等等，了解结构的变化情况。基于以上思路，我们开发了一种光纤光栅传感解调仪。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足，提供一种精度高、稳定性好的光纤光栅传感解调仪及其应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：光纤光栅传感解调仪，其特征在于，该解调仪包括大功率ASE宽谱光源、微光机械扫描滤波系统、光耦合器、光探测器、对数放大电路、信号采集放大与模数转换电路、数字信号处理系统，所述的大功率ASE宽谱光源与微光机械扫描滤波系统连接，所述的微光机械扫描滤波系统与光耦合器连接，所述的光耦合器与光探测器连接，所述的光探测器与对数放大电路、信号采集放大与模数转换电路、数字信号处理系统依次连接。
所述的光耦合器采用1X16光耦合器，经其分光后，一路光输往F-P腔光学标准具，另十五路光输往外接光纤光栅传感器。
还包括1X2光耦合器，该1X2光耦合器设在光耦合器与外接光纤光栅传感器之间，以实现通道扩展。
光纤光栅传感解调仪的应用，其特征在于，该应用包括：
(1)大功率ASE宽谱光源发出的宽谱光，采用微光机械扫描滤波系统扫描滤波；
(2)微光机械扫描滤波系统输出的扫描光，经过光耦合器分光，其中一路光输往F-P腔光学标准具，其他路光输往外接光纤光栅传感器；若通道需要拓展，则再添加光耦合器，实现更多通道的测量；
(3)光纤光栅传感器反射回的光信号，其中包含有光纤光栅传感器的传感信息，被光探测器接收，转换为含有传感信息的电信号；
(4)电信号经过对数放大电路实现对数放大，然后经由信号采集放大与模数转换电路转换成数字电信号；
(5)数字电信号通过数字信号处理系统处理，解调出波长与功率信息，然后相应计算出光纤光栅传感器的温度、压力、应变等传感指标。
所述的光耦合器采用1X16光耦合器。
所述的大功率ASE宽谱光源发出的宽谱光集中于C波段：1529～1564nm。
与现有技术相比，本发明的的精度有了很大提高，该装置基于微光机械扫描滤波技术和DSP信号采集与处理技术，性能稳定可靠，测量精度高；而且可以通过远程读取光纤光栅中心反射波长，实现解调仪的远程实时读取，对于传感系统网状布设，工程实现简单易行。
附图说明
图1是本发明光纤光栅传感解调仪的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明光纤光栅传感解调仪，该解调仪包括大功率ASE宽谱光源1、微光机械扫描滤波系统2、光耦合器3、光探测器6、对数放大电路7、信号采集放大与模数转换电路8、数字信号处理系统9，所述的大功率ASE宽谱光源1与微光机械扫描滤波系统2连接，所述的微光机械扫描滤波系统2与光耦合器3连接，所述的光耦合器3与光探测器6连接，所述的光探测器6与对数放大电路7、信号采集放大与模数转换电路8、数字信号处理系统9依次连接。
所述的光耦合器3采用1X16光耦合器，经其分光后，一路光输往F-P腔光学标准具4，另十五路光输往外接光纤光栅传感器10。
还包括1X2光耦合器5，该1X2光耦合器5设在光耦合器3与外接光纤光栅传感器10之间，以实现通道扩展。
光纤光栅传感解调仪的应用，该应用包括：
(1)大功率ASE宽谱光源1发出的宽谱光，采用微光机械扫描滤波系统2扫描滤波；
(2)微光机械扫描滤波系统2输出的扫描光，经过光耦合器3分光，其中一路光输往F-P腔光学标准具4，其他路光输往外接光纤光栅传感器10；若通道需要拓展，则再添加光耦合器5，实现更多通道的测量；
(3)光纤光栅传感器反射回的光信号，其中包含有光纤光栅传感器的传感信息，被光探测器6接收，转换为含有传感信息的电信号；
(4)电信号经过对数放大电路7实现对数放大，然后经由信号采集放大与模数转换电路8转换成数字电信号；
(5)数字电信号通过数字信号处理系统9处理，解调出波长与功率信息，然后相应计算出光纤光栅传感器的温度、压力、应变等传感指标。
大功率ASE宽谱光源1发出的宽谱光(主要集中于C波段：1529～1564nm)，采用微光机械扫描滤波系统2扫描滤波，实现C波段光的稳定扫描，频率为100Hz。微光机械扫描滤波系统2输出的扫描光，经过1X16光耦合器3分光，其中的一路光输往标准具4，另外的15路光输往外接光纤光栅传感器10。如果需要通道拓展，可以再添加光耦合器5，实现更多通道的测量。光纤光栅反射回的光信号，其中包含有光纤光栅传感器的传感信息，被光探测器PIN6接收，转换为含有传感信息的电信号。此电信号经过对数放大电路7实现对数放大，然后经由A/D转换芯片转换成数字电信号。此数字电信号，通过DSP数字处理芯片处理，解调出波长与功率信息，相应计算出光纤光栅传感器的温度、压力、应变等等传感指标，显示在数据接收与显示设备11。
Claims (5)
1.光纤光栅传感解调仪，其特征在于，该解调仪包括大功率ASE宽谱光源、微光机械扫描滤波系统、光耦合器、光探测器、对数放大电路、信号采集放大与模数转换电路、数字信号处理系统，所述的大功率ASE宽谱光源与微光机械扫描滤波系统连接，所述的微光机械扫描滤波系统与光耦合器连接，所述的光耦合器与光探测器连接，所述的光探测器与对数放大电路、信号采集放大与模数转换电路、数字信号处理系统依次连接；
所述的光耦合器采用1X16光耦合器，经其分光后，一路光输往F-P腔光学标准具，另十五路光输往外接光纤光栅传感器。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅传感解调仪，其特征在于，还包括1X2光耦合器，该1X2光耦合器设在光耦合器与外接光纤光栅传感器之间，以实现通道扩展。
3.光纤光栅传感解调仪的应用，其特征在于，该应用包括：
(1)大功率ASE宽谱光源发出的宽谱光，采用微光机械扫描滤波系统扫描滤波；
(2)微光机械扫描滤波系统输出的扫描光，经过光耦合器分光，其中一路光输往F-P腔光学标准具，其他路光输往外接光纤光栅传感器；若通道需要拓展，则再添加光耦合器，实现更多通道的测量；
(3)光纤光栅传感器反射回的光信号，其中包含有光纤光栅传感器的传感信息，被光探测器接收，转换为含有传感信息的电信号；
(4)电信号经过对数放大电路实现对数放大，然后经由信号采集放大与模数转换电路转换成数字电信号；
(5)数字电信号通过数字信号处理系统处理，解调出波长与功率信息，然后相应计算出光纤光栅传感器的温度、压力、应变传感指标。
4.根据权利要求3所述的光纤光栅传感解调仪的应用，其特征在于，所述的光耦合器采用1X16光耦合器。
5.根据权利要求3所述的光纤光栅传感解调仪的应用，其特征在于，所述的大功率ASE宽谱光源发出的宽谱光集中于C波段：1529～1564nm。
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