[发明专利]一种基于滤色片的多通道光纤光栅解调装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于滤色片的多通道光纤光栅解调装置，具体讲是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装置，属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，解调速度为0到10Hz之间，由于光谱仪的体积大、价格昂贵、解调速度慢等缺点，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，解调速度为0到200Hz之间，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

本发明的目的是为了解决现有光谱仪解调方式和采用扫描激光光源的解调方式的解调速度慢的问题，本发明提供一种基于滤色片的多通道光纤光栅解调装置。

一种基于滤色片的多通道光纤光栅解调装置，包括ASE(amplified spontaneous emission)光源，3dB耦合器、1×N光开关、N个光纤光栅传感器、1×N分路器、N个滤色片、2N个PIN(positive intrinsic negative)光电探测器、信号放大及A/D(analog/digital)转换模块、单片机、RJ45端口和上位机；2N个PIN光电探测器分成2组，每组内有N个PIN光电探测器；所述的ASE光源的光信号输出端与3dB耦合器的光信号输入端连接，3dB耦合器的光信号输入输出端与1×N光开关的光信号第一输入输出端连接，所述的1×N光开关的其余N个光信号输入输出端分别与N个光纤光栅传感器的输入输出端连接，所述N为大于1的正整数，

所述的3dB耦合器的光信号输出端与1×N分路器的光信号输入端连接，所述的1×N分路器的N个光信号输出端输出的光信号分别入射至N个滤色片，经N个滤色片透射的光信号分别入射至一组PIN光电探测器中的N个PIN光电探测器的光敏面；经N个滤色片反射的光信号分别入射至另一组PIN光电探测器中的N个PIN光电探测器的光敏面，2N个PIN光电探测器的电信号的输出端分别与信号放大及A/D转换模块的2N个模拟电信号的输入端连接，所述的信号放大及A/D转换模块的数字电信号输出端与单片机的电信号输入端连接，所述的单片机的控制信号输出端与1×N光开关的控制信号输入端连接，单片机的数据信号输出端通过RJ45端口与上位机的数据信号输入端连接。

所述的单片机的控制信号输出端与1×N光开关的控制信号输入端连接，用于实现选择1×N光开关中的某一路开关的打开和闭合。

所述的信号放大及A/D转换模块中的A/D转换器是16位。

所述的单片机通过100M以太网模块与上位机端监控软件进行数据交换。

所述的1×N分路器的N个光信号输出端输出的N路光信号相同。

所述的ASE光源是放大自发辐射光源，其波长范围从1525nm到1565nm，光强为20～200mW。

所述的N个滤色片的波长范围均是从1525nm到1565nm。

所述的N个滤色片的中心波长按从小到大的顺序排列，且相邻的滤色片对应的中心波长差为2nm，每个滤色片的反射/透射过度带宽为2nm，对应光强衰减为20dB。

所述的滤色片的中心波长是其波长范围的中间值。

所述的N为小于等于20的正整数。

所述的1×N光开关采用高速半导体光开关，通道切换时间为ns级。

具体地说，ASE光源发出的光经3dB耦合器后，进入到1×N光开关，从1×N光开关某通道返回的含有光纤光栅波长信息的光经过3dB耦合器进入到1×N分路器，从1×N分路器输出的N路光信号分别进入N个滤色片，当光信号的波长值与滤色片的中心波长值匹配时，与此滤色片连接的两个PIN光电探测器输出的电信号值非最小值，非最大值；当光信号的波长值与滤色片的中心波长值不匹配时，与此滤色片连接的两个PIN光电探测器输出的电信号值分别为最小值和最大值，单片机将2N个PIN光电探测器输出的数字电信号进行处理，得到所连接的光纤光栅传感器返回光的真实波长值。

本发明带来的有益效果是其解调速度可以达到500KHz、成本低，监测方法简单且实用，可以广泛的应用于生产生活的诸多领域，比如温度、应力、位移等的监测。