[发明专利]基于滤色片的多通道光纤光栅解调仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅解调仪，特别涉及一种利用滤色片分光和光电探测阵列采集的光纤光栅波长解调仪器。属于光纤光栅波长解调技术领域。

背景技术

在许多特殊的场合，光纤光栅传感器具有许多传统传感器不具备的特点。光纤光栅作为智能化结构的传感器，具有体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、易集成、结构简单等优点，可以埋覆在被测物体和材料内部对压强、温度、应力、应变、流速、流量、粘度等物理量进行检测。

对于光纤光栅传感信号的解调核心工作，是依据对光纤光栅不同的中心波长返回值进行读取、变换，进而得到外界信息的变化量。对于采用光谱仪解调方式，由于光谱仪的体积大、价格昂贵、速度慢的缺点，限制了其工程化的推广应用；对于采用扫描激光光源的解调方式，其成本高，解调速率有限，限制了光纤光栅传感的应用范围。

发明内容

本发明为了解决光纤光栅传感器在现有解调方式下，光谱仪的体积大、解调仪成本高、解调速度慢的问题，现提出一种基于滤色片的多通道光纤光栅解调仪。

基于滤色片的多通道光纤光栅解调仪，它包括：平坦化ASE宽带光源、3dB耦合器、1×N光开关、N个滤色片、N+1个PIN光电探测器、信号放大及A/D转换模块、单片机和N路传感光纤光栅；

3dB耦合器的一个光信号输入输出端同时连接平坦化ASE宽带光源的光信号输出端和第一个滤色片的光信号输入端，3dB耦合器的另一个光信号输入输出端连接1×N光开关的一个光信号输入输出端，1×N光开关的N个光纤光栅信号输入输出端分别连接N路传感光纤光栅的N路光纤光栅信号输入输出端，1×N光开关的控制信号输入端连接单片机的开关控制信号输出端；

第i个滤色片的反射光输出端连接第i+1个滤色片的光信号输入端，第N个滤色片的反射光输出端通过光纤连接至第N+1个PIN光电探测器的光信号输入端，第i个滤色片的透射光输出端通过光纤连接至第i个PIN光电探测器的光信号输入端，第N个滤色片透射光输出端通过光纤连接至第N个PIN光电探测器的光信号输入端，所述i＝1、2、…N-1；

N+1个PIN光电探测器的电信号输出端分别连接信号放大及A/D转换模块的N+1个信号输入端，信号放大及A/D转换模块的信号输出端连接单片机的信号输入端。

所述平坦化ASE宽带光源是放大自发辐射光源，其发射的光信号的波长为1525nm至1565nm，光强为20mw至200mw。

N个滤色片的反射/透射过度带宽均为2nm，对应光强衰减均为20dB，N个滤色片的滤色片所对应中心波长均不相同，并且每两个相连接的滤色片之间所对应中心波长差为2nm。

第1路传感光纤光栅的中心波长为1525nm，第N路传感光纤光栅的中心波长为1565nm，N路传感光纤光栅中每两路传感光纤光栅之间的中心波长间隔大于等于2nm。

信号放大及A/D转换模块中的A/D转换器为16位的A/D转换器。

本发明所述的基于滤色片的多通道光纤光栅解调仪在成本低、结构简单的情况下，通过N个连续波长的滤色片对光信号的波长进行对比，快速的确定其波长，再经过PIN光电探测器、信号放大及A/D转换模块将信号输入到单片机中，使其解调频率可以达到500kHz，从而快速准确地对信号进行处理并完成解调工作。本发明可以应用于工业生产中对温度、应力、位移的检测和监测技术领域中。

附图说明

图1虚线框外的部分是基于滤色片的多通道光纤光栅解调仪的结构示意图；

图2是滤色片以1540nm处为例的滤光光谱特性图，图中实曲线表示透射光，虚曲线表示反射光；

图3是滤色片过滤小于其中心波长的光信号的光谱特性图，图中实曲线1表示以1540nm处为例的透射光的光谱，虚曲线表示以1540nm处为例的反射光的光谱，实曲线2表示滤色片透射光的光谱；

图4是滤色片过滤小于其中心波长的光信号时，透射光的PIN光电管信号图；

图5是滤色片过滤大于其中心波长的光信号的光谱特性图，图中实曲线表示以1540nm处为例的透射光的光谱，虚曲线1表示以1540nm处为例的反射光的光谱，虚曲线2表示滤色片反射光的光谱；

图6是滤色片过滤大于其中心波长的光信号时，透射光的PIN光电管信号图；

图7是滤色片过滤与其中心波长匹配的光信号的光谱特性图，图中实曲线1表示以1540nm处为例的透射光的光谱，虚曲线表示以1540nm处为例的反射光的光谱，实曲线2表示滤色片透射光的光谱；