[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

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其是基于阵列波导光栅(AWG)的波长解调系统和心动检测装置及应用。 

背景技术

智能服装指能够对人体外部环境或内部状态变化进行感知，而且通过反馈机制，能实时地对这种变化做出反应的服装。利用内部集成的传感器，智能服装可对人体多种生理参数进行实时监测，且不影响穿着者的正常活动，是理想的移动式生理参数监护平台。智能服装技术在健康监护、远程医疗、军事体育、航空航天等领域具有广阔的应用前景。 

智能服装相关理论和技术已成为国外重要的研究课题，从相关资料中可知，目前研究的主要方向集中在新型的生理参数测量方法、小型化和微型化传感器设计方法、传感器及其处理单元织入服装方法等方面，具有代表性的智能服装原型有欧洲的VTAM、WEALTHY、MagIC、MyHeart原型和美国的LifeShirt原型。我国在健康监护型智能服装领域的研究刚刚起步，主要利用电学传感器检测人体生理参数，在传感器设计制作、传感器植入服装方法等方面与国外尚有一定差距。 

光纤光栅(FBG)具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰、易于组网等优点，因此，光纤光栅是智能服装中最具优势和潜力的传感元件之一。光纤光栅是一种波长调制型的光纤传感器，当外界温度或轴向应变发生变化时，光纤光栅的反射中心波长也将随之发生线性漂移，通过检测反射波长的变化可以实现对外界物理量的检测。能够检测光纤光栅反射波长的设备称为波长解调仪或波长解调系统，为实现智能服装中基于光纤光栅的人体生理参数的检测，波长解调系统的研究至关重要。 

与其它解调系统相比，基于AWG的波长解调系统，具有体积小、结构简单、解调速度快、可实现分布式测量等特点，适合应用于智能服装中进行光纤光栅反射波长的解调，实现对人体生理参数的检测。 但AWG的输出特性受到温度的影响，各通道输出谱的中心波长存在温度漂移现象，导致解调结果产生较大误差，影响测量精度。因此如何进行温度补偿是AWG波长解调系统实现高精度测量的关键。目前国内外报道的有关AWG温度补偿的方法有：波导嵌入补偿、双金属片应力补偿、热膨胀移动输入波导位置补偿、负热光系数波导材料温度补偿等，但这些方法大多是通过AWG芯片结构上的设计来实现的，成本较高。 

本发明提出了一种具有实时温度补偿功能的AWG波长解调方法，对传统AWG波长解调系统结构进行改进，通过增加温度补偿光栅，实现对传感光栅波长解调结果的实时温度补偿，提高了波长解调精度。利用所提出的波长解调系统与光纤光栅心动传感器构成人体心动检测装置，该装置能够对光纤光栅心动传感器所对应的解调通道进行自动选择，避免了因光纤光栅心动传感器初始波长变化范围过大造成解调方法失效的问题。该心动检测装置可应用于光纤传感智能服装，实现人体心动信号的实时监测。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有温度补偿的AWG波长解调系统。 

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种应用上述波长解调系统的心动检测装置。 

本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述心动检测装置的应用。 

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是： 

如附图1所示，一种波长解调系统，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。 

优选的，上述波长解调系统，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。 

优选的，上述波长解调系统，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。 

优选的，上述波长调解系统，所述MCU芯片型号为STM32F103ZET6。