CN210862726U - 一种多通道高速光纤光栅解调模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多通道高速光纤光栅解调模块，它包括：激光光源，用于产生激光；分光器，与激光光源光学连接；光纤光栅传感器，与分光器光学连接，激光光源产生的激光经分光器进入光纤光栅传感器；光电接收模块，与分光器光学连接，光纤光栅传感器的反射光经分光器进入光电接收模块，光电接收模块将光信号转换成电信号；数据处理模块，与光电接收模块电性连接，数据处理模块对光电接收模块输出的电信号进行分析处理，计算出待测光纤光栅传感器的中心波长值；信号输出模块，与数据处理模块电性连接，用于将采集到的数据输出。本实用新型采用的可调谐窄带激光光源的优势在于窄线宽、高功率，极大地提高了系统的信噪比。

Description

一种多通道高速光纤光栅解调模块

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅信号处理技术，尤其涉及高速光纤光栅解调模块。

背景技术

光纤光栅传感器属于光纤传感的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。光纤光栅传感技术的不断发展，使其应用领域日益扩大。在航空航天、电力石油化工以及桥梁隧道灯领域，光纤光栅传感技术都发挥了巨大的作用。随着各类新型光纤光栅传感器的研制，传感系统网络规模日益扩大，对光纤光栅解调系统的稳定性和功能提出了更高的要求。

目前常用的光纤光栅解调技术主要有光谱仪检测法、边缘滤波法、匹配光栅法、可调谐光纤Fabry-Perot滤波法等。可调谐光纤Fabry-Perot滤波法由宽带光源发出的光经过光隔离器及3dB耦合器进入传感光栅，传感光栅反射后进入可调F-P腔，通过压电体PZT的扫描电压来调谐F-P腔长，通过F-P的透射光的波长也随之改变。当传感光栅的反射波长和F-P腔的透射光波长重合时，光探测器可以探得最大光强，与此对应的压电体PZT的扫面电压就对应传感光栅的反射波长。可以通过测量PZT的扫描电压来测算出传感光栅的中心波长。目前许多传感解调系统都是采用这种方法，但是它的缺点在于重复性较差，高性能的F-P腔主要依赖国外进口等。而且，采用宽带光源作为整个解调系统的信号源，由于所测传感光栅的光在整个光谱中所占的范围极小，系统信噪比因此较低。

发明内容

本实用新型提供一种多通道高速光纤光栅解调模块，能实现大容量、高实时性、高稳定性的光纤光栅波长检测功能。

本实用新型提供的一种多通道高速光纤光栅解调模块，包括：

激光光源，用于产生激光；

分光器，与激光光源光学连接；

光纤光栅传感器，与分光器光学连接，激光光源产生的激光经分光器进入光纤光栅传感器；

光电接收模块，与分光器光学连接，光纤光栅传感器的反射光经分光器进入光电接收模块，光电接收模块将光信号转换成电信号；

数据处理模块，与光电接收模块电性连接，数据处理模块对光电接收模块输出的电信号进行分析处理，计算出待测光纤光栅传感器的中心波长值；

信号输出模块，与数据处理模块电性连接，用于将采集到的数据输出。

进一步地，所述的激光光源为可调谐窄带激光光源。

进一步地，所述的分光器为5/5分光器。

进一步地，所述的数据处理模块采用Xilinx公司的可扩展编程平台ZYNQ系列XC7Z010器件，内部集成ARM处理器与FPGA。

本实用新型的有益效果：采用波长可调谐窄带激光光源作为整个系统的信号源，可调谐激光器线宽窄、光学效率高、输出功率强等优点，大大提高了信噪比，降低了信号解调难度。数据处理模块采用Xilinx公司的可扩展编程平台ZYNQ系列XC7Z010器件，内部集成ARM处理器与FPGA，ARM作为核心处理芯片执行交互和流程控制，FPGA作为底层应用，完成大部分电路驱动和数据采集处理，由于FPGA是并行工作方式能同时采集和处理多路数据，大大提高了光纤光栅解调系统的网络容量和速度。

附图说明

图1为本实用新型的多通道高速光纤光栅解调模块的示意图。

附图标记解释：100、激光光源，200、分光器，300、光纤光栅传感器，400、光电接收模块，500、数据处理模块，600、信号输出模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型的一种多通道高速光纤光栅解调模块，包括激光光源100、分光器200、光纤光栅传感器300、光电接收模块400、数据处理模块500和信号输出模块600。激光光源100、分光器200、光纤光栅传感器300、光电接收模块400之间光学连接，使得激光光源100产生的激光首先进入分光器200，然后由分光器200分光后进入光纤光栅传感器300，光纤光栅传感器300反射的光经过分光器200后进入光电接收模块400。光电接收模块400、数据处理模块500、信号输出模块600之间电性连接，使得光电接收模块400产生的电信号先进入数据处理模块500，数据处理模块500产生的电信号再进入信号输出模块600。其中，激光光源100为可调谐窄带激光光源，分光器200为5/5分光器。波长可调谐窄带激光光源100采用半导体激光器，通过改变半导体激光器的驱动电流实现波长可调谐。光电接收模块400采用光电接收二级管将光信号转换为电流信号，通过电流/电压(I/V)转换器将电流信号转成电压信号，通过运算放大器将电压信号放大，通过模/数(A/D)转换器将模拟信号转换成数字信号。数据处理模块500采用Xilinx公司的可扩展编程平台ZYNQ系列XC7Z010器件，内部集成ARM处理器与FPGA，FPGA同时采集多路信号，将采集的数据存储到本地存储区并触发ARM读取操作，ARM读取存储区内的数据进行分析处理计算出中心波长值。信号输出模块600采用网络通讯方式，可以将采集数据和中心波长值发送到计算机上显示。

本实用新型采用波长可调谐窄带激光光源解调法实现功能，具体为：

(1)可调谐窄带激光光源100波长范围为41nm(1527nm～1568nm)，波长可调谐窄带激光光源100输出光束通过5/5分光器200将单一输出的光转换成多路输出的光；

(2)每一路输出的光通过5/5分光器200输入到光纤光栅传感器300；

(3)光纤光栅传感器300的反射光通过5/5分光器200输入到光电接收模块400；

(4)光电接收模块400将光信号转换为电信号，通过放大、滤波、模/数(A/D)转换处理；

(5)数据处理模块500进行分析处理计算出光纤光栅传感器的中心波长的值；

(6)信号输出模块600可以通过网络通讯接口连接计算机，将采集到的数据发送到计算机上显示。

在光纤光栅传感解调系统中，光源的性能决定了整个系统内信号的强度，由于光纤光栅的中心波长是整个系统中的待测变量，这就要求光源的光谱范围要足够宽，能够包含尽可能多的传感器的波长，还要求光源的输出功率强，性能稳定，这样才能满足分布式传感网络中多点测量的要求。本实用新型采用的可调谐窄带激光光源的优势在于窄线宽、高功率，极大地提高了系统的信噪比。

Claims (4)

1.一种多通道高速光纤光栅解调模块，其特征在于，包括：

激光光源，用于产生激光；

分光器，与激光光源光学连接；

光纤光栅传感器，与分光器光学连接，激光光源产生的激光经分光器进入光纤光栅传感器；

光电接收模块，与分光器光学连接，光纤光栅传感器的反射光经分光器进入光电接收模块，光电接收模块将光信号转换成电信号；

数据处理模块，与光电接收模块电性连接，数据处理模块对光电接收模块输出的电信号进行分析处理，计算出待测光纤光栅传感器的中心波长值；

信号输出模块，与数据处理模块电性连接，用于将采集到的数据输出。

2.根据权利要求1所述的多通道高速光纤光栅解调模块，其特征在于，所述的激光光源为可调谐窄带激光光源。

3.根据权利要求1或2所述的多通道高速光纤光栅解调模块，其特征在于，所述的分光器为5/5分光器。

4.根据权利要求3所述的多通道高速光纤光栅解调模块，其特征在于，所述的数据处理模块采用Xilinx公司的可扩展编程平台ZYNQ系列XC7Z010器件，内部集成ARM处理器与FPGA。

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