CN102226722B - 光纤光栅传感器的波长检测仪 - Google Patents

Abstract

一种光纤光栅传感器的波长检测仪，包括至少1个光输入端口，至少1个波长调制模块，至少1个数据采集模块，至少1个数据处理模块以及至少1个数据输出端口。被检测的光纤光栅传感器输出的光从光输入端口入射到波长调制模块中，波长调制模块将不同波长的光调制成与不同波长相对应的光强并将其转化为与光强相对应的电信号；数据采集模块将该电信号分成若干等分并转换成数字信号输入到数据处理模块中；数据处理模块通过该信号的透射函数的倒数获得所述光纤光栅传感器的波长值。具有较高的测量速率，较宽的速率测量范围，很高的波长分辨率和较宽的波长测量范围。

Description

光纤光栅传感器的波长检测仪

技术领域

本发明涉及一种光波长的检测仪，尤其是涉及一种光纤光栅传感器的波长检测仪。特别适用于高速、高分辨率的测量光纤光栅传感器(包括单个或多个光纤光栅传感器)的特性。

背景技术

光纤光栅是一种新型光纤无源器件，自1978年问世至今，世界上许多科研和工程技术人员投身到光纤光栅的研制和应用工作中。与其相关的各种技术得到了很大发展。1989年研究成功的基于掩膜板的紫外写入制作技术使光纤光栅的批量化生产和工业化应用成为可能。现在，光纤光栅已经广泛的应用于光纤通信和传感领域之中。在传感器领域中，光纤光栅传感器具有(1)基于光波波长和带宽为传感机制，使测量信号不受光源强度波动、光纤弯曲、光纤连接损耗和探测器灵敏度变化等因素的影响；(2)可以使用波分复用技术在一根光纤中串接多个光纤光栅传感器，同时对多个测量点、多个物理量进行准分布测量；(3)体积小、重量轻、不受电磁干扰、本质安全。所以，光纤光栅已被应用于制作高精度、高可靠性的温度、应变、压力、位移、振动、声音和磁场等传感器，在航空、船舶、电力、石油化工和医学等多个领域中发挥着重要的作用。

大多数光纤光栅传感器对各种物理量的测量是基于光纤光栅的波长随物理量的改变这一特性来实现的。因此，制作光纤光栅传感器的波长检测仪，对光纤光栅的波长进行测量并将其解调成所测物理量的值是光纤光栅传感器系统中一项不可避免的重要技术。目前，人们已经用多种方法设计制作出光纤光栅传感器波长的检测仪器。然而，这些仪器中有的测量分辨率高但速度慢，有的测量速度高但分辨率低。因此，目前的光纤光栅传感器的波长检测仪还没有同时具备既高分辨率又高速测量光纤光栅传感器波长的功能。而且，现有技术的光纤光栅波长解调仪基本是针对一定规模的传感网络设计，一般可以测量几十个到上百个光纤光栅传感器的波长，因而结构相对比较复杂，成本也相应的较高。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，达到一台光纤光栅传感器的波长检测仪同时具备既高分辨率又高速测量光纤光栅传感器波长的目的，本发明提供一种新型光纤光栅传感器的波长检测仪，能够同时高速高分辨率地测量光纤光栅传感器的波长，能够同时测量光纤光栅传感器的静态和动态性能。

本发明为了达到上述的目的，提供一种光纤光栅传感器的波长检测仪，它包括至少1个光输入端口，至少1个数据输出端口，与光输入端口输出端连接的至少1个波长调制模块，与波长调制模块连接的至少1个数据采集模块，与数据采集模块连接的至少1个数据处理模块，数据处理模块的输出端连接到数据输出端口上。

如上述的结构，所述被检测的光纤光栅传感器输出的光从光输入端口入射到波长调制模块中，波长调制模块将不同波长的光调制成与其不同波长相对应的光强并将其转化为与光强相对应的电信号；数据采集模块将该电信号(模拟信号)分成若干等份并转换成数字信号输入到数据处理模块中；数据处理模块通过该信号的透射函数的倒数获得所述光纤光栅传感器的波长值从数据输出端口输出。

本发明与现有技术中的波长检测仪相比具有显著的效益。

●具有较高的测量速率，较宽的速率测量范围。

如上述本发明的结构，因为本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪所采用的光学、光纤器件均为无源器件，不影响测量速度。所述的波长调制模块、数据采集模块和数据处理模块内所包含器件均可采用目前具备很高工作频率的商用产品。所以本发明的波长检测仪能够用来测量较高频率变化的光纤光栅传感器的波长。同时又可以对光纤光栅传感器的波长作静态测量。所以测量速度的动态范围较宽。测量速率可以达到100MHz。测量速率的动态范围为0～100MHz。

●具有很高的波长分辨率。

如上述本发明的结构，因为本发明内包括波长调制模块、数据采集模块。波长调制模块将不同波长的光调制成与波长相对应的光强并将其转化为与光强相对应的电信号，数据采集模块将其信号分成若干等分，每一等分即为波长检测仪的波长分辨率。当波长调制模块所选择的器件其自由光谱范围(FSR)达到0.4nm，数据采集模块所选择的器件达到14位时，数据采集模块可以将二分之一个自由光谱范围(FSR)即0.2nm内的波长分成16384等份。因此，该波长检测仪具有0.0125pm的波长分辨率。这样的波长分辨率可以对应于光纤光栅传感器的0.0125微应变。所以本发明的波长检测仪具有0.0125pm的波长分辨率。

●具有较宽的波长测量范围。

如上述的结构，因为本发明内包括波长调制模块，可以选择或增加波长调制模块内的不同器件用以扩展波长测量范围。目前本发明的波长检测仪的测量带宽可达到40nm。

●结构较简单。

如上述本发明的结构，与上述现有技术中的光纤光栅波长解调仪对比，本发明的波长检测仪既可以测量单个光纤光栅传感器的波长，又可以测量多个光纤光栅传感器的波长，其结构比较简单，成本比较低廉。

附图说明

图1是本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪一实施例的结构示意图；

图2是本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪中的波长调制模块第一实施例的结构示意图；

图3是应用本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪进行检测光纤光栅传感器特性的一实施例的示意图；

图4是图2所示的波长调制模块内两个基本光纤F-P器件的透射谱线图；图4中：横坐标为光波长λ，单位为nm；纵坐标为光纤F-P器件的透射函数；曲线15为图2中基本光纤F-P器件7的透射函数曲线，曲线16为图2中基本光纤F-P器件8的透射函数曲线；

图5为图4中波长调制模块内两个基本光纤F-P器件透射函数的倒数谱线图；图5中：横坐标为光波长λ，单位为nm；纵坐标为透射函数的倒数。正弦曲线17为基本光纤F-P器件7的透射函数15的倒数，正弦曲线18为基本光纤F-P器件8的透射函数16的倒数；

图6为图5中波长调制模块内两个基本光纤F-P器件透射函数的倒数偏置后的谱线图；图6中：横坐标为光波长λ，单位为nm；纵坐标为偏置后的光纤F-P器件透射函数的倒数。曲线19为基本光纤F-P器件7透射函数的倒数曲线17取偏置后的正弦曲线，曲线20为基本光纤F-P器件8透射函数的倒数曲线18取偏置后的正弦曲线；

图7为波长调制模块内还包括两个辅助光纤F-P器件的第二实施例的结构示意图；

图8为图7所示第二实施例的波长调制模块中一组偏置后的光纤F-P器件透射函数倒数的谱线图；图8中：横坐标为光波长λ，单位为nm；纵坐标为光纤F-P器件透射函数的倒数；曲线25为辅助光纤F-P器件21透射函数的倒数；曲线26辅助光纤F-P器件22透射函数的倒数；

图9为波长调制模块内还包括扩展光纤F-P器件的第三实施例的结构示意图；

图10为图9所示的波长调制模块内基本光纤F-P器件7、8和扩展光纤F-P器件27的透射函数取倒数并偏置后的正弦曲线图；图10中：曲线29为扩展光纤F-P器件27透射函数取倒数并偏置后的正弦曲线；

图11为波长调制模块内还包括光纤斜边滤波器的第四实施例的结构示意图；

图12为图11所示的第四实施例的波长调制模块内两个基本光纤F-P器件透射函数和光纤斜边滤波器的谱线图；图12中：横坐标为光波长λ，单位为nm；纵坐标为透射函数。线32为光纤斜边滤波器30的透射函数；

图13为波长调制模块内还包括数据处理电路模块的第五实施例的结构示意图；

图14为本发明中包括多个波长调制模块的一实施例结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明光纤光栅传感器的波长检测仪的结构特征。

如图1所示，本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪，它包括光输入端口1，与光输入端口输出端1连接的波长调制模块2，与波长调制模块2连接的数据采集模块3，与数据采集模块3连接的数据处理模块4以及与数据处理模块4连接的的数据输出端口5。在本实施例中，光输入端口输出端1与波长调制模块2之间是以光纤连接的；波长调制模块2与数据采集模块3之间，数据采集模块3与数据处理模块4之间以及数据处理模块4与数据输出端口5之间均以电缆连接。

所述数据采集模块内包括至少1个模数转换器。

所述数据处理模块内包括至少1个微处理器。

所述波长调制模块2内包括至少1个与光输入端口1输出端连接的多路光纤分路器，与多路光纤分路器输出端连接的至少2个光纤F-P器件，分别与光纤F-P器件输出端连接的至少2个光电探测器，与光电探测器输出端连接的至少1个电输出端口。

图2是波长调制模块2第一实施例的结构示意图。在本实施例中，波长调制模块2包含1个多路光纤分路器，2个光纤F-P器件，2个光电探测器和1个电输出端口。这个结构为波长调制模块的基本结构，称为基本波长调制模块。基本波长调制模块内所包括的2个光纤F-P器件称为基本光纤F-P器件。

如图2所示，在本实施例中，波长调制模块2包括与光输入端口1输出端以光纤连接的1个多路光纤分路器6，与多路光纤分路器的一个输出端以光纤连接的为第一基本光纤F-P器件7，与多路光纤分路器另一个输出端以光纤连接的为第二基本光纤F-P器件8，与第一基本光纤F-P器件7输出端以光纤连接的为第一光电探测器9，与第二基本光纤F-P器件8输出端以光纤连接的为第二光电探测器10，与第一、第二光电探测器9、10的输出端以电线缆连接的电输出端口11。

图3是应用本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪进行检测光纤光栅传感器特性的一实施例的示意图。如图3所示，在测试光纤光栅传感器波长时，由宽带光源12发出的光经耦合器13入射至光纤光栅传感器14。在本实施例中，所述光纤光栅传感器中光纤光栅的周期为1μm量级。光纤光栅传感器14将部分宽带光源12发出的光反射，反射光经耦合器13传输到光纤光栅传感器的波长检测仪的光输入端口1。从光输入端口1进入波长检测仪由光纤传输至波长调制模块2，波长调制模块2将输入光根据不同的波长调制成相应的不同的光强并转化为电信号，数据采集模块3将波长调制模块2输出的模拟电信号分成若干等份并转换为数字信号，再传输到数据处理模块4中，数据处理模块4对于输入的信号进行分析处理，它通过波长调制模块输出的透射函数的倒数获得所述光纤光栅传感器的波长值。再由数据输出端口5输出。

如图2所示，输入波长调制模块2内的光被多路光纤分路器6分成两路，其中一路传输到第一基本光纤F-P器件7中，另一路传输到第二基本光纤F-P器件8中。

输入光纤F-P器件的光在F-P器件内形成干涉，致使不同波长的输入光有着不同的输出强度。光纤F-P器件的透射函数

为

其中，

为透射光的强度，

为入射光的强度。这里假设为1。如果忽略F-P器件镜面引起的相位变化，则相位为

其中λ为输入光的波长，θ为光纤F-P器件中光的入射角，G、n、d为F-P器件的参数。令

为第一基本光纤F-P器件7的相位，为第二基本光纤F-P器件8的相位。如果第二基本光纤F-P器件8的光的入射角θ为0，则

与入射光波长的关系如等式(3)所示，

这里两个基本光纤F-P器件7和8具有相同G、n、d，但入射角θ不同，所以它们的透射谱形状相同但存在相位差。如果入射角θ的差别恰好使式(3)满足

则两个基本光纤F-P器件7和8透射函数

的谱线图如图4所示。这里取G为14，n·d的积为1.5mm，则两个基本光纤F-P器件7和8的自由光谱范围FSR为0.8nm。

两个光电探测器9和10把基本光纤F-P器件7和8透射光信号转换为电信号。当设计光电探测器电路，使光电探测器9和10输出信号电压的大小与输入光的强度成正比，则在光电探测器9和10输出的电信号的波形也如图4所示。

如上述，所述数据采集模块中包括至少1个模数转换器。多路模数转换器可以把多个模拟信号转换为数字信号。两个光电探测器9和10输出的模拟电信号由数据采集模块3采集，数据采集模块3中的模数转换器将采集到的模拟信号分成若干个等份并转换为数字信号，输入到数据处理器模块4中。

所述数据处理模块包括至少1个微处理器。数据处理模块4中的微处理器对数据采集模块3输入(或其中的)的数字信号作数据处理。

微处理器首先，求取两个基本光纤F-P器件7和8透射函数的倒数。这两个基本光纤F-P器件的透射函数的倒数为相位相差90度的两个正弦曲线。再将正弦曲线归一化，得到最大值为1的两个正弦曲线。第一基本光纤F-P器件7的透射函数的倒数如图5中曲线17所示，第二基本光纤F-P器件8的透射函数的倒数如图5中曲线18所示。

再将两个正弦曲线17和18偏置，使其最大值与最小值和的一半作零点。曲线17偏置后如图6的曲线19所示，曲线18偏置后如图6的曲线20所示。

其次，通过曲线19和20的值求出处于正弦曲线20的一个周期内入射光波长的大小。

曲线20的周期为0.8nm，其中一个周期对应的波长为1547.4nm～1548.2nm，对应第二基本光纤F-P器件8的相位

为nπ～(n+2)π，其中n为整数。这里求处于1547.4nm～1548.2nm间入射光的波长值。

在波长从1547.4nm到1547.8nm间，即相位从nπ到(n+1)π间，曲线20与曲线19在同一波长上的函数比值Y₂₀/Y₁₉为单调函数，所以通过等式(5)可以求出曲线20上点的相位，该相位通过等式(6)可以与波长一一对应，即由等式(5)和(6)可以得到入射光的波长

同样的，在波长从1547.8nm到1548.2nm间，即相位从(n+1)π到(n+2)π间，曲线20与曲线19在同一波长上的函数比值Y₂₀/Y₁₉也为单调函数，由等式(5)和(6)可以求出波长值。

为了区分1547.4nm～1547.8nm之间和1547.8nm～1548.2nm之间的波长，这里引入一个参数m(m为正整数)，当Y₂₀＞0时，m＝0，则波长处于1547.4nm～1547.8nm之间；当Y₂₀＜0时，m＝1，则波长处于1547.8nm～1548.2nm之间。

至此，采用本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪，就可以把光纤光栅传感器的波长测量出来。

如果在数据采集模块3中采用的是一个14位的模数转换器，则可以把反正切函数在一个周期内的值分成16384等份，相应的也把对应的波长值分为16384等份。这里反正切函数的一个周期即基本光纤F-P器件FSR的一半为0.4nm，则检测仪可具有0.025pm的波长分辨率，对应与应变传感器的0.025微应变。所以本发明的检测仪具有很高的波长分辨率。

也就是说，如果在数据采集模块中所包括的是一个14位的模数转换器，则该模数转换器可以把光纤F-P器件一个FSR内的波长分成16384等份。如果采用的光纤F-P器件FSR为0.4nm，则波长检测仪仪可具有0.0125pm的波长分辨率，这样的分辨率可以对应于光纤光栅应变传感器的0.0125微应变。所以本发明的波长检测仪可以具备0.0125pm的波长分辨率。

在本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪的波长调制模块中，所包含的多路光纤分路器6、基本光纤F-P器件7和8均为无源器件，对测量速率没有影响；如果所采用的光电探测器9和10的工作速率为200KHz，数据采集模块3中采用的模数转换器转换速率为200KHz，数据处理模块4中采用的微处理器也可以以1Ms/s的采样率接收数据。则本发明的波长检测仪的测量速率可以达到100KHz。如果采用速率为200MHz的光电探测器，转换速率为200MHz的数模转换器，微处理器的采样率达到1Gs/s，则本发明的波长检测仪测量速率可以达到100MHz。

也就是说，如果采用速率为200MHz的光电探测器，转换速率为200MHz的数模转换器，微处理器的采样率达到1Gs/s，则本发明的波长检测仪测量速率可以达到100MHz。随着所使用光电探测器工作频率、数模转换器的采样率和微处理器主频的提高，本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪还可以有更高的测量速率。所以本发明的波长检测仪可以用来测量高频率变化的光纤光栅传感器波长，测量的速率可以达到100MHz。同时本发明波长检测仪也可以对光纤光栅传感器的波长作静态测量，所以测量速度的动态范围比较宽，可以具备0～100MHz的动态范围。

下面是在图2所示的基本波长调制模块的基础上增加器件得到新的波长调制模块，用以提高波长检测仪功能的实施例。

1.提高波长检测仪的精确度

图7是本发明的光纤光栅传感器的波长检测仪中波长调制模内还包括两个辅助光纤F-P器件的第二实施例的结构示意图。为了提高波长检测仪的精确度，所述波长调制模块内还包括与所述两个基本光纤F-P器件同周期但不同相位的两个辅助光纤F-P器件。在本实施例中，是在如图2所示的基本波长调制模块2内增加两个辅助光纤F-P器件21和22，以及两路光电探测器23和24，构成为一称为高准确度型波长调制模块。如图7所示，第一辅助光纤F-P器件21的输入端以光纤与多路光纤分路器6的一个输出端连接，第一辅助光纤F-P器件21的输出端以光纤与第三光电探测器23的输入端连接，第三光电探测器23的输出端以电线缆与波长调制模块的电输出端口11连接；第二辅助光纤F-P器件22的输入端以光纤与多路光纤分路器6的一个输出端连接，第二辅助光纤F-P器件22的输出端以光纤与第四光电探测器24的输入端连接，第四光电探测器24的输出端以电线缆与波长调制模块的电输出端口11连接。所述第一、二辅助光纤F-P器件21和22的FSR与第一、二基本光纤F-P器件7、8的FSR一致，但存在相位差，如图8所示的谱线图。

图8为图7所示第二实施例的波长调制模块中一组偏置后的光纤F-P器件透射函数倒数的谱线图。如图8所示，第一辅助光纤F-P器件21输出函数的倒数与第一光纤F-P器件7输出函数的倒数存在90度的相位差，如曲线25所示；第二辅助光纤F-P器件22输出函数的倒数与第一辅助光纤F-P器件21输出函数的倒数存在90度的相位差，如曲线26所示。

通过光输入端口1，多路多路光纤分路器6，第一、二基本光纤F-P器件7和8，第一、二光电探测器9和10至数据采集模块3和数据处理模块4。数据处理模块4根据上述的等式(5)和(6)可以得到输入光的波长值。

同样的，通过光输入端口1，多路光纤分路器6，第一、二辅助光纤F-P器件21和22，第三、四光电探测器23和24，至数据采集模块3和数据处理模块4也能够得到输入光的波长值。类似于等式(5)和(6)，可以用等式(7)和(8)得出输入光的波长值：

                       (7)

                     (8)

其中

为第二辅助光纤F-P器件22的相位。

用等式(5)和(6)可以得到一个波长值，用等式(7)和(8)也可以得到一个波长值，这两个波长值的和取平均值做为波长检测仪最终的波长值，这就可以降低波长检测仪的测量误差。

2.提高波长检测仪的测量范围

2.1，在基本波长调制模块内增加一个扩展光纤F-P器件和一个光电探测器。

为了提高波长检测仪的测量范围，所述波长调制模块内还包括自由光谱范围(FSR)是所述基本光纤F-P器件两倍或两倍整数倍的扩展光纤F-P器件。

图9为波长调制模块内还包括扩展光纤F-P器件的第三实施例的结构示意图。在本实施例中，是在图2所示的基本波长调制模块内增加一个扩展光纤F-P器件和一个光电探测器，构成一称为大量程型的波长调制模块。如图9所示，在图2所示的基本波长调制模块中增加一个扩展光纤F-P器件27和一个光电探测器28。在本实施例中，所述扩展光纤F-P器件27的FSR为基本光纤F-P器件FSR的两倍。并且其输出函数倒数的曲线与第二基本光纤F-P器件8输出函数倒数的曲线在波长检测仪测量波长的起始点重合，如图10所示的谱线图。

如图9所示，多路光纤分路器6的一个输出端以光纤与扩展光纤F-P器件27输入端连接，扩展光纤F-P器件27输出端以光纤与光电探测器28输入端连接，光电探测器28输出端以电线缆形式与波长调制模块的电输出端11连接。从光输入端口1进入波长调制模块的光经多路光纤分路器2进入第一、二基本光纤F-P器件7、8和扩展光纤F-P器件27。光电探测器9、10和28分别将基本光纤F-P器件7、8和扩展光纤F-P器件27输出的光转换为电信号，由数据采集模块3采集后进入数据处理模块4中进行数据处理。

图10为光纤F-P器件7、8和扩展光纤F-P器件27的透射函数取倒数并偏置后的正弦曲线。曲线29为扩展光纤F-P器件27的透射函数取倒数并偏置后的正弦曲线。

如图10所示，当基本波长调制模块测量的起始点为1547.4nm，测量范围为1547.4nm到1548.2nm时，曲线20和29在测量起始点1547.4nm处重合。在测量范围1547.4nm到1549nm内，包含曲线29的一个周期，和曲线19、20的两个周期。曲线20的两个周期分别为1547.4nm到1548.2nm，和1548.2nm到1549.0nm。在曲线20每一个周期内，用等式(5)和(6)可以求出波长的值。在1547.4nm到1548.2nm内，曲线29的值Y₂₉＞0。在1548.2nm到1549.0nm内，Y₂₉＜0。即通过曲线27的值可以区分曲线20两个周期内的光波长值。

同样的，在图9结构的基础上在波长调制模块中再增加一个扩展光纤F-P器件，其FSR为扩展光纤F-P器件27的FSR的两倍，并且其输出函数倒数的曲线与基本光纤F-P器件8输出函数倒数的曲线在检测仪测量波长的起始点1547.4nm处重合。可将光纤光栅传感器的波长检测仪的波长测量范围再增加一倍。以此类推，基于本发明的结构，本发明得到测量范围将是很宽的波长检测仪。

在图2所示的结构中，如果两个基本光纤F-P器件7和8的FSR为0.8nm，则该结构的波长检测仪的波长测量范围为0.8nm。如果在图2所示的基本波长调制模块中增加的扩展光纤F-P器件27的FSR为1.6nm，其结构为图9所示的波长检测仪的波长测量范围增加至1.6nm。在此基础上再增加周期为3.2nm的扩展光纤F-P器件可以把波长检测仪的波长测量范围扩展到3.2nm。以此类推，本发明的波长检测仪将具有很宽的波长测量范围。

2.2在基本波长调制模块内增加一个光纤斜边滤波器和一个光电探测器。

为了提高波长检测仪的测量范围，所述波长调制模块内还包括光纤斜边滤波器。

图11为波长调制模块内还包括光纤斜边滤波器的第四实施例的结构示意图。在本实施例中，是在图2所示的基本波长调制模块增加一个光纤斜边滤波器。如图11所示，光纤斜边滤波器30的输入端与多路光纤分路器6的一个输出端以光纤连接，光纤斜边滤波器30的输出端以光纤与光电探测器31的输入端连接，光电探测器31的输出端以电线缆与波长调制模块的电输出端口11连接。光纤斜边滤波器30输出的光强度与输入光的波长成正比，其透射函数与入射函数的比值谱线图如图12中的直线32所示。通过直线32上各点值的大小，可以把基本光纤F-P器件8透射函数倒数20的各个周期区别开来。比如直线32在波长为1547.0nm这一点上值Y₃₂为0.2，在1551.0nm点上的值为0.6。则当0.32≥Y₃₂≥0.24时，输入光的波长1548.2nm≥λ≥1547.4nm；当0.40≥Y₃₂≥0.32时，输入光的波长1549.0nm≥λ≥1548.2nm；当0.48≥Y₃₂≥0.40时，输入光的波长1549.8nm≥λ≥1549.0nm；以此类推，本发明可以把1547.4nm～1554.6nm区间内曲线20的几个周期一一区别开来。在正弦曲线20的每个周期内，入射光波长值都可以用等式(5)和(6)求出。

本发明波长检测仪的波长测量范围等于波长调制模块内的一个FSR。还可以增加光纤斜边滤波器来扩展测量范围。目前的光纤F-P器件FSR大的可以到达10nm以上，光纤斜边滤波器的带宽达到40nm，所以，本发明的波长检测仪具备较宽的测量范围。

目前的光纤F-P器件的FSR大的可以到达10nm以上，采用增加扩展光纤F-P器件来扩展测量范围的波长检测仪的测量带宽可以达到10nm。目前的光纤斜边滤波器的带宽达到40nm，所以，采用增加光纤斜边滤波器来扩展测量范围的波长检测仪测量带宽可以达到40nm。

3.提高波长检测仪的工作速率

为了提高波长检测仪的工作速率，所述波长调制模块内还包括连接在光电探测器输出端的数据处理电路模块。可以在图2、7、9、11所示的波长调制模块中增加数据处理电路模块，将一些在数据处理模块中需要处理的部分数据在波长调制模块中进行处理。在本实施例中，如图13所示的是在图2所示的基本波长调制模块中增加数据处理电路模块，构成一称为高速率型波长调制模块。如图13所示，数据处理电路模块33的输入端与光电探测器9的输出端以电线缆连接，数据处理电路模块33的输出端以电线缆与波长调制模块的电输出端口11连接；数据处理电路模块34的输入端与光电探测器10的输出端以电线缆连接，数据处理电路模块34的输出端以电线缆与波长调制模块的电输出端口11连接；光电探测器9和10的输出端同时也以电线缆与电输出端口11连接。

光电探测器9和10输出的信号可以在数据处理电路模块33和34中实现求倒数和偏置等功能，再由数据采集模块采集到数据处理模块中。在数据处理模块中用等式(5)和(6)求出输入光的波长。

4.组成多光纤光栅传感器的波长检测仪器

多个波长调制检测模块可以联合起来构成多光纤光栅传感器的波长检测仪器，如图14所示。在图14中，从不同光纤光栅传感器反射的光从光输入端口35、36和37分别进入到波长调制模块如38、39和40中，波长调制模块如38、39和40输出的电信号输入到同一个数据采集模块3中，由数据采集模块3中的模数转换器分成若干等份并转换为数字信号，再输入数据处理模块4中，求出各个输入的光波长，得到的光波长值由输出端口5输出。

在图14中，波长调制模块38、39和40是如图2所示的基本波长调制模块，或者是如图7所示的高准确度型波长调制模块，或者是如图7、9所示的大量程型波长调制模块，或者是如图13所示的高速率型波长调制模块。

总之，本发明用上述的结构实现了对光纤光栅传感器在一台波长检测仪上高速、高分辨率、较大量程地测量光纤光栅传感器的波长值及波长的变化量。如上述结构的本发明的波长检测仪能够检测所有光波(包括激光光束)的波长。

Claims (9)

1.一种光纤光栅传感器的波长检测仪，包括至少1个光输入端口，至少1个数据采集模块，至少1个数据处理模块以及至少1个数据输出端口，其特征在于包括连接于光输入端口输出端与数据采集模块输入端之间的至少1个波长调制模块，所述数据采集模块的输出端与数据处理模块的输入端连接，数据处理模块的输出端连接到数据输出端口；被检测的光纤光栅传感器输出的光从光输入端口入射到波长调制模块中，波长调制模块将不同波长的光调制成与其不同波长相对应的光强并将其转化为与光强相对应的电信号；数据采集模块将该电信号分成若干等份并转换成数字信号输入到数据处理模块中；数据处理模块通过该信号的透射函数的倒数获得被检测的光纤光栅传感器的波长值从数据输出端口输出。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述数据采集模块内包括至少1个模数转换器。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述数据处理模块内包括至少1个微处理器。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制模块内包括至少1个与光输入端口输出端连接的多路光纤分路器，与多路光纤分路器输出端连接的至少2个光纤F-P器件，分别与光纤F-P器件输出端连接的至少2个光电探测器，与光电探测器输出端连接的至少1个电输出端口。

5.根据权利要求4所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制模块内所包括的至少2个的光纤F-P器件中包括透射谱线形状相同而存在相位差的两个基本光纤F-P器件。

6.根据权利要求5所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制模块内还包括与所述两个基本光纤F-P器件同周期但不同相位的两个辅助光纤F-P器件。

7.根据权利要求5所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制模块内还包括自由光谱范围是所述基本光纤F-P器件两倍或两倍整数倍的扩展光纤F-P器件。

8.根据权利要求4或5所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制模块内还包括光纤斜边滤波器。

9.根据权利要求4所述的光纤光栅传感器的波长检测仪，其特征在于所述波长调制模块内还包括连接在光电探测器输出端的数据处理电路模块。

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