CN108362312B - 波长解调装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种波长解调装置和系统，涉及传感系统的技术领域，包括：至少两种类型的发光器、至少两种类型的干涉仪、光电探测器、解调仪、载波控制模块，每个发光器分别与传感器和干涉仪连接，干涉仪分别与光电探测器和载波控制模块相连，光电探测器与解调仪相连。解决了现有技术中不同的传感器需要重新更换光源以及调节相应光路才能进行信号解调的问题，节省了资源而且使得波长解调的操作更加简单。
Description
技术领域
本发明涉及传感系统技术领域，尤其是涉及一种波长解调装置和系统。
背景技术
光纤光栅\激光传感器(例如：水听器、检波器)采用光纤光栅(FBG)或分布反馈光纤激光(DFB FL)作为传感基元制作而成。当光纤光栅\激光传感器受到外界物理因素(如声压、振动)作用时，其光栅栅距、折射率等均会发生变化，从而致使其反射谱发生相应的变化，造成FBG反射中心波长或DFB FL激射激光的波长发生变化，其波长变化量与压力变化量成正比，所以，光纤光栅\激光传感器是检测外界环境变化的重要工具。然而，要想通过检测光纤光栅\激光传感器的波长变化信息得到外界环境变化信息时，需要对光信号进行调制再解调。
根据传感器及系统指标设计不同，尤其是灵敏度及动态范围不同，波长解调系统通常需要调整载波相位及幅度，以及配合使用不同臂长差的干涉仪对不同传感器的反射光进行调制，然后可以采用同一解调算法(相位生成载波数字相位解调算法)进行解调。因此，在实验室测试中，虽然可以采用相同的解调仪，但是却常常需要更换与不同传感器匹配使用的不同光源及相关器件，重新接线及调试，增加工作量；外场试验中，则需要配备不同系统，增加运输、操作难度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供波长解调装置和系统，解决了现有技术中不同的传感器需要更换不同的光源、不同干涉仪光路才能进行调制的问题，节省了资源而且使得波长解调的操作更加简单。
第一方面，本发明实施例提供了一种波长解调装置，包括：至少两种类型的发光器、至少两种类型的干涉仪、光电探测器、解调仪、载波控制模块，每个发光器均与干涉仪连接，所述干涉仪分别与所述光电探测器和所述载波控制模块相连，所述光电探测器与所述解调仪相连；所述发光器用于与传感器相连，将发射的光传输至所述传感器进行反射，并将反射的光返回至与所述发光器相连的干涉仪；所述干涉仪用于将所述传感器反射的光和载波调制后的光进行干涉，得到干涉光信号；所述载波控制模块用于为所述干涉仪其中一臂施加正弦波载波信号；所述光电探测器用于将携带正弦波载波信号的干涉光信号转化电信号；所述解调仪用于将所述携带正弦波载波信号的干涉电信号进行解调。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：电源模块，所述电源模块分别与所述发光器和所述光电探测器和所述解调仪和所述载波控制模块相连，用于为所述发光器和所述光电探测器和所述解调仪和所述载波控制模块提供电能。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电源模块包括：整流器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：多个控制开关，所述多个控制开关分别与所述电源模块和所述发光器相连，所述多个控制开关用于通过关/断控制所述电源模块为所述发光器充电。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括：密集波分复用器，所述密集波分复用器置于所述光电探测器与所述解调仪之间。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，当所述装置包括两种类型的发光器时，两种类型的发光器的光源分别为宽带光源和泵浦光源。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述装置还包括：环形器，所述环形器的一端与所述宽带光源相连，一端与所述传感器连接，另一端则和与所述宽带光源相连接的干涉仪相连。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述装置还包括：双波长波分复用器和耦合器，所述泵浦光源、所述泵浦光源对应的所述双波长波分复用器和所述传感器依次连接，所述双波长波分复用器还与所述耦合器连接，所述耦合器还与所述干涉仪相连。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述泵浦光源包括980nm泵浦光源和/或1480nm泵浦光源。
第二方面，本发明实施例还提供一种波长解调系统，包括：多个传感器和波长解调装置，所述波长解调装置为根据上述实施例任一项所述的波长解调装置。
本发明实施例带来了以下有益效果：通过在波长解调装置中添加至少两种类型的发光器、至少两种类型的干涉仪、光电探测器、解调仪、载波控制模块，可以在同一个装置中，使用不同类型的干涉仪不同类型的光源解决不同类型的传感器的解调问题，传感器信号光经干涉仪调制后经过同一个解调仪进行解调，解决了现有技术中不同的传感器需要不同光源和不同干涉仪以及重新调节光路才能进行调制的问题，节省了资源而且使得波长解调的操作更加简单。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的波长解调装置的结构图；
图2为本发明第一实施例提供的基于光纤光栅/光纤激光传感器的波长解调装置的结构图；
图3为本发明第一个实施例提供的基于光纤光栅/光纤激光传感器比较的波长解调装置的结构图；
图4为本发明第二实施例提供的基于光纤光栅传感器阵列的波长解调装置的结构图；
图5为本发明第二实施例提供的基于光纤激光传感器阵列的波长解调装置的结构图；
图6为本发明第三实施例提供的波长解调装置的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在实验室测试中，虽然可以采用相同的解调仪，但是却常常需要更换与不同传感器匹配使用的不同光源及相关器件，重新接线及调试，增加工作量；外场试验中，则需要配备不同系统，增加运输、操作难度。基于此，本发明实施例提供的一种波长解调装置和系统，以下首先对本发明的波长解调装置进行详细介绍。
实施例一
本发明实施例所公开的一种波长解调装置100，参见图1所示，包括：至少两种类型的发光器110、至少两种类型的干涉仪120、光电探测器130、解调仪140、载波控制模块150，每个发光器110与干涉仪120连接，干涉仪120分别与光电探测器130和载波控制模块150相连，光电探测器130与解调仪140相连。可选的，干涉仪可以为非平衡迈克尔逊干涉仪。
其中，发光器110用于与传感器相连，将发射的光传输至传感器进行反射，并将反射的光返回至与发光器110相连的干涉仪120。载波控制模块150用于为干涉仪120其中一臂施加正弦波载波信号，干涉仪120其中一臂受到载波信号调制，与另一臂中传感器反射的光进行干涉，得到干涉光信号。光电探测器130用于将携带正弦波载波信号的干涉光信号转化为干涉光电信号。解调仪140用于将携带正弦波载波信号的干涉电信号进行解调，还原传感器的相位或波长变化。
在一些可选的实施例中，当波长解调装置100包括两种类型的发光器时，两种类型的发光器的光源分别为宽带光源和泵浦光源。可选的，宽带光源为放大自发辐射宽带光源。
进一步的，结合图2所示，波长解调装置100还包括：环形器170，环形器170的一端与宽带光源1相连，一端与传感器连接，环形器170的另一端则和与宽带光源1相连接的干涉仪2相连。其中，与宽带光源1相连的传感器为光纤光栅型传感器。
波长解调装置100还包括：双波长波分复用器和耦合器190，泵浦光源、双波长波分复用器和传感器依次连接，双波长波分复用器还与耦合器190连接，耦合器190还与干涉仪4相连。
由于一种类型的干涉仪只能连接一种类型的发光器，所以，结合图2所示，当发光器分别为宽带光源1、980nm泵浦光源5、1480nm泵浦光源6，由于980nm泵浦光源5和1480nm泵浦光源6是同一类型的发光器，所以可以共用一个干涉仪4。并且由于980nm泵浦光源5和1480nm泵浦光源6发射出的光的波长不同，则分别使用两个种不同的双波长波分复用器，即：980nm泵浦光源5使用980/1550波分复用器10，1480nm泵浦光源6使用1480/1550波分复用器11。
可选的，光电探测器130可以包括多个。结合图2所示，光电探测器130有两个，分别为12和13。
再结合图2所示，本发明实施例所公开的一种波长解调装置100的工作流程为：当使用光纤光栅型传感器时，发光器为宽带光源1，光纤光栅型传感器从端口14接入，采用环形器170将宽带光源1的宽带光输入光纤光栅传感器，并将其反射光返回到干涉仪2中，其中，针对光栅传感器特性，一般选用较短臂长差的非平衡迈克尔逊干涉仪，如5mm。施加在干涉仪2上的正弦波载波信号可以通过载波控制模块150进行设置，调制后光信号由端口15输出，进入端口16或端口19经12或13转为电信号，由端口17或端口18输出，经采集后进行相位解调，进而得到波长变化量。光纤激光型传感器根据泵浦方式不同，可以采用980nm泵浦光源5进行泵浦，泵浦光经980/1550波分复用器10输出到端口20与光纤激光传感器相连，光纤激光传感器激励产生的激光由980/1550波分复用器10返回，经过耦合器190到干涉仪4；或者采用1480nm泵浦光源6进行泵浦，泵浦光经1480/1550波分复用器11输出到端口22与光纤激光传感器相连，激励产生的激光由1480/1550波分复用器11返回到干涉仪4。干涉仪上的正弦调制载波信号由载波控制模块150施加，调制后的干涉光信号由端口21输出，进入端口16或端口19经12或13转为电信号，由端口17或端口18输出，经采集后进行相位解调，进而得到波长变化量。
在一些可选的实施例中，还包括：电源模块200，电源模块200分别与发光器和光电探测器和解调仪和载波控制模块相连，用于为发光器和光电探测器和解调仪和载波控制模块提供电能。进一步的，电源模块200包括：整流器。整流器可以将外部交流电24转换成直流3.3V和5V，可以为不同的发光器进行充电。
在一些可选的实施例中，还包括：多个控制开关，多个控制开关分别与电源模块和发光器相连，多个控制开关用于通过关/断控制电源模块200为发光器110充电。
如图2所示，当发光器分别为宽带光源1、980nm泵浦光源5、1480nm泵浦光源6，多个控制开关也可以包括相应的三个，第一控制开关7与宽带光源1相连，第二控制开关8与980nm泵浦光源5相连，第三控制开关9与1480nm泵浦光源6相连，电源模块200通过第一控制开关7、第二控制开关8、第三控制开关9分别给宽带光源1、980nm泵浦光源5、1480nm泵浦光源6供电。
结合图3所示，该波长解调装置100还可以用于两种类型传感器进行对比测试。具体来说：光纤光栅型传感器由端口14接入，采用宽带光源1，其反射光经环形器170进入干涉仪2进行调制，将波长信号转变为相位信号，由端口15输出后，由端口18进入12转变为电信号输出，然后进行解调；光纤激光型传感器可由端口22接入，采用1480nm泵浦光源6(或由端口20接入980nm泵浦光源5)，激射激光经1480/1550波分复用器11(或980/1550波分复用器10)和耦合器190进入干涉仪4进行调制，将波长信号转变为相位信号，由端口21输出后，由端口19分别进入13转变为电信号由端口18输出，然后进行解调。因此可以同时测量光纤光栅型和光纤激光型两个传感器的信号，进行测试和对比试验。
其中，耦合器可以为1550nml*2耦合器。
实施例二
本实施例提供了一种波长解调装置，结合图4-5所示，与上述实施例一的区别在于：还包括：密集波分复用器23，密集波分复用器23置于光电探测器与解调仪之间。
在该装置中增加的密集波分复用器23，可以对具有多个传感器的传感器阵列进行测试。具体来说，以光纤光栅型传感器阵列为例，结合图4所示，光纤光栅型传感器阵列由端口14接入，采用宽带光源1，光纤光栅型传感器阵列的反射光经环形器170进入干涉仪2进行调制，将波长信号转变为相位信号，由端口15输出后，经过密集波分复用器23将不同波长的光分路，由端口16和端口19分别进入12和13转变为电信号输出，然后进行解调。因此可以同时测量同一阵列中的两个传感器单元的信号，或仅进行阵列中单个传感器单元的测试。
结合图5所示，以光纤激光型传感器阵列为例，光纤激光型传感器阵列由端口22接入，采用1480nm泵浦光源6(或由端口20接入980nm泵浦光源5)，光纤激光型传感器阵列激射激光经1480/1550波分复用器11(或980/1550波分复用器)和耦合器190进入干涉仪4进行调制，将波长信号转变为相位信号，由端口21输出后，经过密集波分复用器23将不同波长的光分路，由端口16和端口19分别进入12和13转变为电信号输出，然后进行解调。因此可以同时测量同一阵列中的两个光纤激光型传感器单元的信号，或仅进行阵列中单个传感器单元的测试。
为了节约篇幅，实施例二与实施例一相同的内容，可以参见上述实施例一，在此不再赘述。
值得注意的是，图2-图5中的干涉仪为非平衡迈克尔逊干涉仪。
实施例三
结合图6所示，波长解调系统600，包括：多个传感器610和波长解调装置620，其中，波长解调装置620为根据上述实施例中任一项所述的波长解调装置100。
多个传感器610可以是但不限光纤光栅型传感器、光纤激光型传感器。当进行测试时，将光纤光栅型传感器、光纤激光型传感器连接在对应的发光器的端口处。
本实施例的波长解调装置620设置有上述的波长解调装置100，在波长解调装置中添加至少两种类型的发光器、至少两种类型的干涉仪、光电探测器、解调仪、载波控制模块，可以在同一个波长解调装置中，使用不同类型的干涉仪和不同类型的光源解决不同类型的传感器的解调问题，并且干涉仪可以配置载波控制模块施加不同频率和幅度的正弦波载波信号，进行调制后经过同一个解调仪进行解调，解决了现有技术中不同的传感器需要重新更换光源和干涉仪以及调节相应光路才能进行解调的问题，节省了资源而且使得波长解调的操作更加简单。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种波长解调装置，其特征在于，包括：至少两种类型的发光器、至少两种类型的干涉仪、光电探测器、解调仪、载波控制模块，每个发光器均与干涉仪连接，所述干涉仪分别与所述光电探测器和所述载波控制模块相连，所述光电探测器与所述解调仪相连；
所述发光器用于与传感器相连，将发射的光传输至所述传感器进行反射，并将反射的光返回至与所述发光器相连的干涉仪；其中，所述传感器包括光纤光栅型传感器和光纤激光型传感器；
所述载波控制模块用于为所述干涉仪施加正弦波载波调制信号；
所述干涉仪用于将所述传感器反射的光和载波调制后的光进行干涉，得到干涉光信号；
所述光电探测器用于将携带正弦波载波信号的干涉光信号转化为携带正弦波载波信号的干涉电信号；
所述解调仪用于将所述携带正弦波载波信号的干涉电信号进行解调，还原得到传感器的原始相位及波长变化量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：电源模块，所述电源模块分别与所述发光器和所述光电探测器和所述解调仪和所述载波控制模块相连，用于为所述发光器和所述光电探测器和所述解调仪和所述载波控制模块提供电能。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源模块包括：整流器。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：多个控制开关，所述多个控制开关分别与所述电源模块和所述发光器相连，所述多个控制开关用于通过关/断控制所述电源模块为所述发光器供电。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：密集波分复用器，所述密集波分复用器置于所述光电探测器与所述解调仪之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述装置包括两种类型的发光器时，两种类型的发光器的光源分别为宽带光源和泵浦光源。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：环形器，所述环形器的一端与所述宽带光源相连，一端与所述传感器连接，另一端则和与所述宽带光源相连接的干涉仪相连。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：双波长波分复用器和耦合器，所述泵浦光源、所述泵浦光源对应的所述双波长波分复用器和所述传感器依次连接，所述双波长波分复用器还与所述耦合器连接，所述耦合器还与所述干涉仪相连。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述泵浦光源包括980nm泵浦光源和/或1480nm泵浦光源。
10.一种波长解调系统，其特征在于，包括：多个传感器和波长解调装置，所述波长解调装置为根据权利要求1-9任一项所述的波长解调装置。
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