CN202582570U

CN202582570U - 一种多通道光纤光栅解调装置

Info

Publication number: CN202582570U
Application number: CN 201220188951
Authority: CN
Inventors: 宋珂; 董雷; 于本化; 印新达
Original assignee: Wuhan Ligong Guangke Co Ltd
Current assignee: Wuhan Ligong Guangke Co Ltd
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-04-28

Abstract

本实用新型提供了一种多通道光纤光栅解调装置，包括依次相连的扫频光源（1）、光分支器和光纤光栅，光分支器的一个输出端还通过梳状滤波器（8）接至光电解调模块（9），光分支器的其余输出端直接接至光电解调模块（9），光电解调模块（9）还接有波长解调板（10）。本实用新型能扩展工程应用中的多通道应用能力，并提高测量精度和简化结构。

Description

一种多通道光纤光栅解调装置

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体设计对多点多通道光纤光栅传感阵列反射回来的光信号进行检测并分析出所探测的物理量的装置。

背景技术

光纤光栅的物理结构会随温度或者应力有规律性的表现，伴随的是其反射的光波长的微小变化，通过检测这个波长的变动，可以解调出光纤光栅所处环境的温度或者引力情况。

现有多通道光纤光栅解调仪普遍采用F-P（法布里-珀罗）腔作为核心光器件，其解调原理采用时域分析方法，利用F-P在不同电压下通过的波长不同而获得扫频输出，同时利用梳状滤波器获得时域上定波长脉冲。在假定光纤光栅与仪表之间无时延情况下，将光纤光栅的反射脉冲和标准具的标准脉冲进行时域比对，曲线拟合获得波长值。目前通行采用嵌入式CPU进行波长解调，其特点是开发周期短，上手容易，可靠性高，但是由于嵌入式CPU属于单线程处理器，同一时间只能完成一个通道数据处理，多通道的应用能力弱，特别是在32通道以上的应用场合。所以，目前的光纤光栅解调仪多为4、8和16通道，32通道表鲜见。多通道仪表的缺乏，造成在工程中不得不通过多台8通道或者16通道解调仪进行组合解调，这种办法会大幅度增加成本。

随着光纤光栅在电力、桥梁、隧道、消防、铁路等多个行业的应用，分布式监测方案开始提上日程。分布式监测的核心是多点多通道同时监测，目前的仪表很难达到要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种多通道光纤光栅解调装置，本实用新型能扩展工程应用中的多通道应用能力，并提高测量精度和简化结构。

本实用新型所采用的技术方案是：一种多通道光纤光栅解调装置，包括依次相连的扫频光源、光分支器和光纤光栅，光分支器的一个输出端还通过梳状滤波器接至光电解调模块，光分支器的其余输出端直接接至光电解调模块，光电解调模块还接有波长解调板。

所述的解调装置，扫频光源包括相连的半导体光放大器和法布里-珀罗腔，法布里-珀罗腔接至光分支器。

所述的解调装置，光分支器包括输出输入依次相连的第一一分二光分路器和第二一分二光分路器，第二一分二光分路器的一个输出端接至第一一分十六光分路器，第二一分二光分路器的第二个输出端接至第二一分十六光分路器，第一一分十六光分路器、第二一分十六光分路器接至光纤光栅，第一一分二光分路器的输入端与扫频光源相连，第一一分二光分路器的另一个输出端接至梳状滤波器，第一一分十六光分路器的一个输出端、第二一分十六光分路器的一个输出端均接至光电解调模块。

所述的解调装置，光纤光栅包括第一光纤光栅和第二光纤光栅，第一光纤光栅与第一一分十六光分路器相连，第二光纤光栅与第二一分十六光分路器相连。

所述的解调装置，波长解调板包括相连的现场可编程门阵列和ARM处理器。

所述的解调装置，波长解调板接有显示板。

所述的解调装置，所述解调装置还包括电源模块，电源模块为整个解调装置供电。

所述的解调装置，光分支器通过光栅通道接口与光纤光栅相连。

本实用新型的优点有：

1.采用FPGA处理信号，比采用CPU提高处理速度32倍；同时由于FPGA对于脉冲信号的边沿锁存能力很强，降低了CPU由于软件等待的延迟，使得精度提高30%。

2.实现32通道同时处理，拓宽了解调仪的使用范围，特别适合在多通道应用时，可以大幅度降低成本。

3.处理速度快，32通道可以同时实现50Hz处理能力，录波能力强，应用行业广。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的信号流程图。

图中，1：扫频光源；2：第一一分二光分路器；3：第二一分二光分路器；4：第一一分十六光分路器；5：第一光纤光栅（包括第一至十六通道）；6：第二一分十六光分路器；7：第二光纤光栅（包括第十七至三十二通道）；8：梳状滤波器；9：光电解调模块；10：波长解调板；11：以太网；12：显示板；13：电源模块；14：光栅通道接口（32通道）；15：扫频光源的半导体光放大器；16：扫频光源的法布里-珀罗腔；17：波长解调板的现场可编程逻辑门阵列；18：波长解调板的ARM处理器。

具体实施方式

传统的光纤光栅解调仪在数据处理上，通常采用CPU来完成波长的解调，在低速少通道系统中，CPU可以完成一定工作量，但是在多通道多数据的光纤光栅解调上，CPU的处理能力明显不足，因此为了达到多通道并行处理，本实用新型采用FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）来替代CPU。

本实用新型的解决方案包括：扫频光源1、第一一分二光分路器2、第二一分二光分路器3、第一一分十六光分路器4、第一至十六通道光纤光栅5、第二一分十六光分路器6、第十七至三十二通道光纤光栅7、梳状滤波器8、光电解调模块9、波长解调板10、以太网11、显示板12、电源模块13、光栅通道接口（32通道）14、扫频光源的半导体光放大器15、扫频光源的法布里-珀罗腔16、波长解调板的现场可编程逻辑门阵列17和波长解调板的ARM处理器18。以太网11与波长解调板10相连。

本实用新型的扫频光源模块采用的是SOA和F-P腔的结构，以扫描的方式运行，扫频光按照比例分配给标准具和输出端。

本实用新型的1×2光分路器为单入双出结构，不带回馈端，1×16光分路器为单入多出带回馈。

本实用新型的光电解调模块采用的自动增益控制，信号弱时自动提高增益，信号强时抑制增益。

本实用新型的波长解调板采用FPGA做为主处理器、ARM作为协议处理器。信号从驱动芯片后接FPGA I/O（输入/输出）管脚，FPGA处理完32通道数据后，通过总线与ARM通信，ARM读取数据并封装协议后通过以太网上传数据。

本实用新型的原理是：由SOA（半导体光放大器）和F-P腔组成的扫频光源以扫描方式线性输出窄带宽光脉冲，该光脉冲经过分路器一分为二，小部分送至梳状滤波器，大部分送至1×2光分路器，再由1×2光分路器输出接2个1×16光分路器接光栅接口，光栅返回的信号送至对应的光电模块通道进行光电转换，光电转换获得的脉冲群送至波长解调板由FPGA完成波长解调并通过以太网对外发送数据。

下面结合附图进一步详述本实用新型。参照图2，32通道光纤光栅解调仪，包括扫频光源、2个1×2光分路器、标准具、2个1×16分路器、光纤光栅和波长解调板组成。

各模块的说明：

1. 扫频光源：内含半导体光放大器和法布里-珀罗腔，线性输出，波长范围1280nm-1330nm，步进扫描；

2. 1×2分路器：1分2光分路器；

3. 梳状滤波器：工作波长1280nm-1330nm，28个波峰，间隔2nm；

4. 1×16分路器：1分16光分路器；

5. 光纤光栅：中心波长1280nm-1330nm，反射率 > 90%；

6. 波长解调板：FPGA实现波长解调，ARM实现网络通讯，同时处理32通道。

本实用新型的具体工作过程如下：

扫频光源内部通过扫描方式在时域上输出频率非连续的光，波长范围从1280nm-1330nm，经过1×2分路器后，10%送入梳状滤波器，梳状滤波器在时域上实现从1280nm-1330nm的28峰值输出，送波长解调板做为标准脉冲；90%送1×2分路器后，再送入2个1×16路光分路器，每个通道独立接入光纤光栅，返回的信号接入对应的光电解调通道；光电解调模块将光纤光栅返回的光信号调理为电脉冲，然后送入波长解调板；波长解调板依据标准脉冲和各通道脉冲的时域构成解调出波长信息并通过以太网对外发送。当光纤光栅对于的温度或者引力等情况发生变化时，解调的波长信息对应变化，也就反映了实际的数据。本实用新型在一台解调仪上通过FPGA完成了32通道的数据解调。

Claims

1.一种多通道光纤光栅解调装置，其特征在于：包括依次相连的扫频光源（1）、光分支器和光纤光栅，光分支器的一个输出端还通过梳状滤波器（8）接至光电解调模块（9），光分支器的其余输出端直接接至光电解调模块（9），光电解调模块（9）还接有波长解调板（10）。

2.根据权利要求1所述的解调装置，其特征在于：扫频光源（1）包括相连的半导体光放大器（15）和法布里-珀罗腔（16），法布里-珀罗腔（16）接至光分支器。

3.根据权利要求1所述的解调装置，其特征在于：光分支器包括输出输入依次相连的第一一分二光分路器（2）和第二一分二光分路器（3），第二一分二光分路器（3）的一个输出端接至第一一分十六光分路器（4），第二一分二光分路器（3）的第二个输出端接至第二一分十六光分路器（6），第一一分十六光分路器（4）、第二一分十六光分路器（6）接至光纤光栅，第一一分二光分路器（2）的输入端与扫频光源（1）相连，第一一分二光分路器（2）的另一个输出端接至梳状滤波器（8），第一一分十六光分路器（4）的一个输出端、第二一分十六光分路器（6）的一个输出端均接至光电解调模块（9）。

4.根据权利要求3所述的解调装置，其特征在于：光纤光栅包括第一光纤光栅（5）和第二光纤光栅（7），第一光纤光栅（5）与第一一分十六光分路器（4）相连，第二光纤光栅（7）与第二一分十六光分路器（6）相连。

5.根据权利要求1所述的解调装置，其特征在于：波长解调板（10）包括相连的现场可编程门阵列（17）和ARM处理器（18）。

6.根据权利要求1所述的解调装置，其特征在于：波长解调板（10）接有显示板（12）。

7.根据权利要求1所述的解调装置，其特征在于：所述解调装置还包括电源模块（13），电源模块（13）为整个解调装置供电。

8.根据权利要求1所述的解调装置，其特征在于：光分支器通过光栅通道接口（14）与光纤光栅相连。