CN205981243U - 一种具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统，包括解调电路板、恒温机箱和光路模块，所述的解调电路板和光路模块封装在恒温机箱内；所述的解调电路板包括FPGA主控单元、两路AD模块、两路动态增益调理模块、两路光电探测器模块、驱动信号调理模块、DA模块、温度监测模块、网口模块和串口模块；所述的恒温机箱包括热敏电阻模块、温控模块和TEC恒温控制模块；所述的光路模块包括ASE光源、可调谐滤波器、耦合器、标准具、分束器和FBG传感器；本实用新型适用于不同工作环境、根据外界环境的变化自适应的动态调整各项配置参数、且具备高速能力，在保持高扫描频率的前提下可以提供算法更多优化空间，实现高精度解调性能。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感器技术领域，尤其涉及一种具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统。
背景技术
光纤光栅传感器由于其体积小、重量轻、耐腐蚀、灵敏度高、不受电磁干扰、成本低、易于集成等优点，已被应用于光纤温深链、光纤温深剖面仪、光纤水听器等，在海洋水文监测、水声监测及非声反潜探测等军、民用领域有广阔的应用前景。
光纤光栅传感器是利用光纤光栅反射光波长随温度、应力变化的特性，实现物理量的测量，因此光纤光栅反射光波长的解调方法是光纤光栅传感技术的核心技术，波长的测量精确性决定了传感器的性能。
目前普遍使用的光纤光栅波长解调系统，具备高精度能力的都存在一些限制条件。例如，对工作环境要求严格，工作温度必须在一定范围内才能实现高精度测量，否则误差比较大；对输入信号的光功率有范围要求，只对在一定功率范围内的信号可以达到高精度，如果输入信号功率太低则误差较大；扫描速度低，在低速的前提下达到高精度解调，一旦速度提高则不保证精度。
导致上述问题的原因有以下几点。首先，光学器件受温度影响非常严重，在不同工作环境下特别是在高温和低温条件下，输出波长与实际波长值存在偏差，严重影响性能；其次，应用于不同领域和环境中的光纤光栅传感器反射回来的光信号强度有强有弱，要做到很大的动态范围必须做相应处理，否则只能专机专用限制其输入信号；最后，在算法上实现高精度一般要求比较高的速度，在一个扫描周期内采集更多的点进行运算，这就导致数据量增加，对处理速度要求更高，如果无法实现高速的数据处理只能降低扫描速度或者较少采样点。从而降低了精确度。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统，能适用于不同工作环境、根据外界环境的变化自适应的动态调整各项配置参数、且具备高速能力，在保持高扫描频率的前提下可以提供算法更多优化空间，实现高精度解调性能。
本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，包括解调电路板、恒温机箱和光路模块，所述的解调电路板和光路模块封装在恒温机箱内；所述的解调电路板包括FPGA主控单元、两路AD模块、两路动态增益调理模块、两路光电探测器模块、驱动信号调理模块、DA模块、温度监测模块、网口模块和串口模块；所述的恒温机箱包括热敏电阻模块、温控模块和TEC恒温控制模块；所述的光路模块包括ASE光源、可调谐滤波器、耦合器、标准具、分束器和FBG传感器。所述的光路模块内的ASE光源与可调谐滤波器相连，该可调谐滤波器与耦合器，耦合器的一端通过光信号1与分束器相连，分束器与FBG传感器相连，耦合器的另一端通过光信号2与标准具相连。
作为优选，所述的FPGA主控单元与驱动信号调理模块、DA模块相连，该DA模块与驱动信号调理模块相连，驱动信号调理模块与可调谐滤波器相连。
作为优选，所述的标准具与两路光电探测器模块中的其中一路光电探测器0相连，光电探测器0与两路动态增益调理模块的其中一路动态增益调理模块0相连，动态增益调理模块0与两路AD模块的其中一路AD模块0相连，AD模块0与FPGA主控单元相连。
作为优选，所述的分束器与两路光电探测器模块中的其中一路光电探测器1相连，光电探测器1与两路动态增益调理模块的其中一路动态增益调理模块1相连，动态增益调理模块1与两路AD模块的其中一路AD模块1相连，AD模块1与FPGA主控单元相连。
作为优选，所述的恒温机箱内的热敏电阻模块通过温度监测模块与FPGA主控单元相连，FPGA主控单元与温控模块相连，温控模块与TEC恒温控制模块相连。
作为优选，所述的网口模块和串口模块与FPGA主控单元相连。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型加入自适应功能，系统分析外界环境变化，反馈进行温度控制、增益控制、驱动信号控制等，以达到系统最佳工作状态，避免干扰，不但提高了系统的精度，也增加了系统的通用性和适应性；
本实用新型采用高采样率进行数据采集，在保持高扫描频率的前提下采集更多的点进行计算，从而细化了分辨刻度、增加精度度；
本实用新型采用FPGA主控单元作为系统的核心控制单元，其具备的速度快、功耗低、为高速数据采集和高精度算法的实现提供了完美的解决方案、FPGA的灵活性，为系统的接口设置和扩展提供便利条件。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的系统总体结构框图。
附图中的标号分别为：1、解调电路板；2、恒温机箱；3、光路模块；4、FPGA主控单元；5、两路AD模块；6、两路动态增益调理模块；7、两路光电探测器模块；8、驱动信号调理模块；9、DA模块；10、温度监测模块；11、网口模块；12、串口模块；13、热敏电阻模块；14、温控模块；15、TEC恒温控制模块；16、ASE光源；17、可调谐滤波器；18、耦合器；19、标准具；20、分束器；21、FBG传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：如附图1、2所示，本实用新型包括解调电路板1、恒温机箱2和光路模块3，所述的解调电路板1和光路模块3封装在恒温机箱2内；所述的解调电路板1包括FPGA主控单元4、两路AD模块5、两路动态增益调理模块6、两路光电探测器模块7、驱动信号调理模块8、DA模块9、温度监测模块10、网口模块11和串口模块12；所述的恒温机箱2包括热敏电阻模块13、温控模块14和TEC恒温控制模块15；所述的光路模块3包括ASE光源16、可调谐滤波器17、耦合器18、标准具19、分束器20和FBG传感器21。
本实用新型的具体工作流程如下：
1)、ASE光源16输出解调光谱，范围为1527nm-1567nm，进入可调谐滤波器17中；
2)、FPGA主控单元4根据设定好的参数控制DA模块9输出驱动信号，并控制调理电路把驱动信号调整到可调谐滤波器17工作范围内；
3)、可调谐滤波器17在驱动信号的驱动下，对输入光信号进行扫描并输出，输出的光信号进入耦合器18；
4)、耦合器18把输入光一分为二，光信号1直接进入分束器20、光信号2进入标准具19；
5)、标准具19把输入信号进行处理，产生梳状光谱强度信号进入光电探测器0；
6)、光信号1进入分束器20后输入到FBG传感器21中，FBG传感器21反射的光信号再通过分束器20进入光电探测器1中；
7)、光电转换输出的电压信号进入动态增益控制模块，FPGA主控单元4根据初始设置的参数调整增益倍数进行放大，放大输出信号再经过低通滤波器后输入到AD采集模块；
8)、FPGA主控单元4从AD模块接收数据，并判断其幅度值是否达到AD合适量程，若未达到或削波则控制动态增益控制模块进行相应调整，未达幅度要求的信号不做算法处理；
9)、网口模块11用于传输采集到得数据点，串口模块12用于上位机下载设置参数并上传波长数据；
10)、由于可调谐滤波器17长时间工作会积累电荷，并导致偏移误差，FPGA主控单元4对每个扫描周期内采集到得标准具19信号进行分析，如果发现偏移情况，便通过控制调理模块8调整驱动信号进行补偿，从而消除偏移误差；
系统光学器件设定的工作温度为25℃，为了保持这个恒定工作温度、避免温度变化对精度的影响，系统把对温度敏感的器件封装在恒温机箱2中，FPGA主控单元4通过热敏电阻13监测恒温盒内温度，当温度偏移时，FPGA主控单元4通过控制温控模块14作用于TEC模块15进行温度补偿，从而实现恒温控制功能。
本实用新型不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本实用新型所提供的结构设计，都是本实用新型的一种变形，均应认为在本实用新型保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统，包括解调电路板(1)、恒温机箱(2)和光路模块(3)，其特征在于：所述的解调电路板(1)和光路模块(3)封装在恒温机箱(2)内；所述的解调电路板(1)包括FPGA主控单元(4)、两路AD模块(5)、两路动态增益调理模块(6)、两路光电探测器模块(7)、驱动信号调理模块(8)、DA模块(9)、温度监测模块(10)、网口模块(11)和串口模块(12)；所述的恒温机箱(2)包括热敏电阻模块(13)、温控模块(14)和TEC恒温控制模块(15)；所述的光路模块(3)包括ASE光源(16)、可调谐滤波器(17)、耦合器(18)、标准具(19)、分束器(20)和FBG传感器(21)；所述的光路模块内的ASE光源(16)与可调谐滤波器(17)相连，该可调谐滤波器(17)与耦合器(18)，耦合器(18)的一端通过光信号1与分束器(20)相连，分束器(20)与FBG传感器(21)相连，耦合器(18)的另一端通过光信号2与标准具(19)相连。
2.根据权利要求1所述的具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统，其特征在于：所述的FPGA主控单元(4)与驱动信号调理模块(8)、DA模块(9)相连，该DA模块(9)与驱动信号调理模块(8)相连，驱动信号调理模块(8)与可调谐滤波器(17)相连。
3.根据权利要求1所述的具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统，其特征在于：所述的标准具(19)与两路光电探测器模块(7)中的其中一路光电探测器0相连，光电探测器0与两路动态增益调理模块(6)的其中一路动态增益调理模块0相连，动态增益调理模块0与两路AD模块(5)的其中一路AD模块0相连，AD模块0与FPGA主控单元(4)相连。
4.根据权利要求1所述的具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统，其特征在于：所述的分束器(20)与两路光电探测器模块(7)中的其中一路光电探测器1相连，光电探测器1与两路动态增益调理模块(6)的其中一路动态增益调理模块1相连，动态增益调理模块1与两路AD模块(5)的其中一路AD模块1相连，AD模块1与FPGA主控单元(4)相连。
5.根据权利要求1所述的具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统，其特征在于：所述的恒温机箱(2)内的热敏电阻模块(13)通过温度监测模块(10)与FPGA主控单元(4)相连，FPGA主控单元(4)与温控模块(14)相连，温控模块(14)与TEC恒温控制模块(15)相连。
6.根据权利要求1所述的具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统，其特征在于：所述的网口模块(11)和串口模块(12)与FPGA主控单元(4)相连。
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| CN201620865731.7U CN205981243U (zh) | 2016-08-11 | 2016-08-11 | 一种具有自适应功能的光纤光栅波长解调系统 |
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| CN108051019A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-18 | 北京卫星信息工程研究所 | 高速、多通道星载微型光纤光栅解调装置及解调方法 |
| CN110082068A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-08-02 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种具有波长修正功能的光纤光栅波长解调系统及方法 |
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