[发明专利]具有温度补偿的AWG波长解调系统和心动检测装置及应用

权利要求书

1.一种波长解调系统，其特征在于：由ASE宽带光源、光隔离器、3dB耦合器、阵列波导光栅、温度补偿光栅、光探测器阵列和用于实现波长解调算法的信号处理单元组成，其中ASE宽带光源依次与光隔离器、3dB耦合器的第一端口相连接，所述耦合器的第三、四端口分别与光纤光栅心动传感器和温度补偿光栅相连接，所述耦合器的第二端口依次与阵列波导光栅、光探测器阵列和信号处理单元输入端口线路连接，所述温度补偿光栅和阵列波导光栅处于同一温度场。

2.根据权利要求1所述的波长解调系统，其特征在于：所述信号处理单元由I/V变换电路、放大电路、MCU芯片组成，其中I/V变换电路依次与放大电路和MCU芯片的模/数转换输入端口线路连接，所述MCU芯片通过数/模转换输出端口和串行通信接口输出解调信号。

3.根据权利要求2所述的波长解调系统，其特征在于：所述I/V变换电路和放大电路共同构成信号调理电路，该信号调理电路所选运算放大器型号为OPA129、OPA4227或OPA2227。

4.根据权利要求2所述的波长解调系统，其特征在于：所述MCU芯片型号为STM32F103ZET6。

5.根据权利要求1-4之一所述的波长解调系统，其特征在于：所述信号处理单元是通过下述方法实现波长解调的：光纤光栅的反射光经耦合器传输至AWG，AWG的解调通道(与光纤光栅中心波长相邻的AWG通道)输出光传入光探测器，光探测器将光强信号转换为电流信号后进入调理电路，调理电路输出电压信号由MCU芯片进行采样并执行具有温度补偿功能的AWG波长解调算法，计算出被测光栅的中心波长。

6.根据权利要求1-5之一所述的波长解调系统，其特征在于：用一根裸光纤光栅作为温度补偿光栅，将其贴于AWG表面使之与AWG处于同一温度场，利用该补偿光栅获取AWG的温度，根据AWG的温度对波长解调公式中的相关系数进行修正，从而消除由于AWG的温度变化对解调结果的影响，提高波长检测的准确性。

7.根据权利要求1-6之一所述的波长解调系统，其特征在于：所述波长解调系统是通过下述方法实现温度补偿的：

传感光栅中心波长解调公式为：

λ_B=M·ρ+N(T)              (1)

其中，λ_B为传感光栅中心波长，ρ为传感光栅对应AWG相邻输出通道(即解调通道)输出光强比的自然对数值，T为AWG的温度，M为常数，与器件参数有关，N为补偿系数，其取值与AWG的温度有关，补偿光栅的反射光经耦合器、AWG和调理电路输出至信号处理单元，计算得到补偿光栅所对应的AWG两通道输出光强比的自然对数值ρ’，将ρ’带入通过实验获得的T与ρ’的关系式得到当前AWG的温度，再将T带入N(T)的计算公式得到公式(1)中的N值，从而实现对解调结果的实时温度补偿。

8.一种应用权利要求1-7之一所述波长解调系统的人体心动检测装置，其特征在于：3dB耦合器的3端口连接光纤光栅心动传感器，将光纤光栅心动传感器放置在人体心动检测部位，通过检测光纤光栅心动传感器输出波长的变化实现人体心动信号的检测。

9.根据权利要求8所述的人体心动检测装置，其特征在于：所述信号处理单元通过下述方法实现传感光栅解调通道的自动选择：选取在心动检测过程中可能与光纤光栅心动传感器中心波长相交的三个AWG输出通道，信号处理单元每次对该三路通道输出光强进行采样，选择其中光强较大的相邻两路通道作为传感光栅波长解调通道，根据波长解调公式和温度补偿算法计算光纤光栅心动传感器的中心波长，获取人体心动信息，从而避免由于光纤光栅心动传感器初始波长变化范围过大造成解调算法失效。

10.权利要求8-9之一所述的人体心动检测装置在智能服装中的应用。