专利名称：基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，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、速度慢等缺点，限制了其工程化的推广应用；对于采用滤色片进行波长解调的方法，解调波长范围有限，量程小，限制了光纤光栅传感的应用范围。现有的光谱解调仪体积大，解调速度慢。
发明内容
本发明为了解决现有的光谱解调仪体积大，解调速度慢的问题，而提出了基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪。基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，它包括光纤扫描激光器、第二 3dB f禹合器、四个光纤耦合器分线盒、FP滤波器、多个PIN光电探测器、信号放大及A/D模块、DAC转换器、DSP微处理器、RJ45接口和计算机，所述光纤扫描激光器的光输出端与第二 3dB稱合器的光输入端相连,第二 3dB率禹合器的光输出端同时与四个光纤I禹合器分线盒的光输入端和FP滤波器的光输入端相连，FP滤波器的光输出端与一个PIN光电探测器的光输入端相连，该PIN光电探测器的电信号输出端与信号放大及A/D模块的一个模拟信号输入端相连，四个光纤耦合器分线盒的16个返回端分别与16个PIN光电探测器的电信号输入端相连，每个PIN光电探测器的电信号输出端均与信号放大及A/D模块的一个模拟信号输入端相连，信号放大及A/D模块的数字信号输出端与DSP微处理器的数字信号输入端相连，DSP微处理器的数字驱动信号输出端与DAC转换器的数字信号输入端相连,DAC转换器的电压信号输出端与光纤扫描激光器的驱动电压信号输入端相连，DSP微处理器的串行通信接口信号输出端与RJ45接口的接口信号输入端相连，RJ45接口的输出端与计算机的输入端相连。本发明所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪通过光纤扫描激光器发出的光经PIN光电探测器光电转换得到电信号，该电信号再经放大、数字化转换及DSP微处理器的处理，最终结果在计算机上显示及存储，本发明的体积比现有的光谱解调仪体积小1/3，解调速度比现有的光谱解调仪快了 30倍，能够快速准确地对信号进行处理，从而完成解调工作。本发明可用于工程中对压强、温度、应力、应变、流速、流量、粘度的检测。
图1是具体实施方式
二所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪的结构示意图；图2是具体实施方式
三所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪的结构示意图；图3是本发明中光纤耦合器分线盒内部结构图。
具体实施例方式具体实施方式
一、本实施方式所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，它包括光纤扫描激光器a、第二 3dB稱合器6、四个光纤稱合器分线盒7、FP滤波器9、多个PIN光电探测器10、信号放大及A/D模块11、DAC转换器12、DSP微处理器13、RJ45接口 14和计算机15，所述光纤扫描激光器a的光输出端与第二 3dB稱合器6的光输入端相连,第二 3dB率禹合器6的光输出端同时与四个光纤I禹合器分线盒7的光输入端和FP滤波器9的光输入端相连，FP滤波器9的光输出端与一个PIN光电探测器10的光输入端相连,该PIN光电探测器10的电信号输出端与信号放大及A/D模块11的一个模拟信号输入端相连，四个光纤耦合器分线盒7的16个返回端分别与16个PIN光电探测器10的电信号输入端相连，每个PIN光电探测器10的电信号输出端均与信号放大及A/D模块11的一个模拟信号输入端相连，信号放大及A/D模块11的数字信号输出端与DSP微处理器13的数字信号输入端相连，DSP微处理器13的数字驱动信号输出端与DAC转换器12的数字信号输入端相连，DAC转换器12的电压信号输出端与光纤扫描激光器a的驱动电压信号输入端相连,DSP微处理器13的串行通信接口信号输出端与RJ45接口 14的接口信号输入端相连，RJ45接口 14的输出端与计算机15的输入端相连。本实施方式中，每个光纤耦合器分线盒7有I个输入端、4个输出端和4路返回端，其具体结构如图3所示。本实施方式中，采用FP滤波器后，实现了对波长的实时校准，极大地提高了仪器的测量精度和分辨率，与使用其它原理的解调仪相比，本发明的处理分辨率达到lpm，测量精度达到2pm，极大地提高了测量准确性。
具体实施方式
二、结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪的不同点在于，光纤扫描激光器a由电压扫描FP滤波器1、半导体光放大器2、第一光隔离器3、第二光隔离器5和第一 3dB耦合器4组成，所述电压扫描FP滤波器I的光输出端与半导体光放大器2的光输入端相连,半导体光放大器2的光输出端与第一光隔离器3的光输入端相连,第一光隔离器3的光输出端与第一 3dB稱合器4的光输入端相连,该第一 3dB稱合器4的一个光输出端与第二光隔离器5的光输入端相连,第一 3dB f禹合器4的另一个光输出端为光纤扫描激光器a的光输出端，第二光隔离器5的光输出端与半导体光放大器2的光输入端相连。
具体实施方式
三、结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪的不同点在于，光纤扫描激光器a由电压扫描FP滤波器1、半导体光放大器2、第一光隔离器3、第二光隔离器5和第一 3dB耦合器4组成，所述半导体光放大器2的光输出端与电压扫描FP滤波器I的光输入端相连，电压扫描FP滤波器I的光输出端与第一光隔离器3的光输入端相连,第一光隔离器3的光输出端与第一 3dB稱合器4的光输入端相连,该第一 3dB稱合器4的一个光输出端与第二光隔离器5的光输入端相连,第一 3dB稱合器4的另一个光输出端为光纤扫描激光器a的光输出端，第二光隔离器5的光输出端与半导体光放大器2的光输入端相连。
具体实施方式
四、本实施方式与具体实施方式
一、二或三所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪的不同点在于，它还包括光纤传感阵列8，所述四个光纤耦合器分线盒7的16个光信号输入/输出端分别连接光纤传感阵列8的16个光信号输出/输入端。本实施方式中的光纤耦合器分线盒7的每个光信号输入/输出端均与光纤传感阵列8的一个光信号输出/输入端相对应连接。
具体实施方式
五、本实施方式与具体实施方式
一所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪的不同点在于，所述的光纤扫描激光器a的驱动电压的范围是O 25V ;光纤扫描激光器a输出的扫描激光波长范围为1505nm 1595nm ;光纤扫描激光器a输出的光功率大于6mW且小于20mW。
具体实施方式
六、本实施方式与具体实施方式
一所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪的不同点在于，FP滤波器9的温度适应范围为-30°C 55°C。工作原理:当激光形成后，电压扫描FP滤波器输出与驱动电压对应的波长光，此波长的光进入半导体光放大器，放大后的光经第一隔离器，进入第一 3dB稱合器,一半光强的光输出，另一半光强的光进入其后方的第二隔离器，再进入电压扫描FP滤波器；从光纤扫描激光器输出的光进入第二 3dB稱合器,一部分经过FP滤波器后,作为参考光信号进入PIN光电探测器；另一部分光输出到4个光纤耦合器分线盒，每个光纤耦合器分线盒有4路输出4路返回端；每个光纤耦合器分线盒的4路输出端输出4路光纤耦合器阵列，4路光纤耦合器阵列输出到各个传感通道中，4个光纤耦合器分线盒的16个返回端对应连接16个P IN光电探测器，光信号经PIN光电转换后，再经信号放大及A/D模块放大及数字化转换，最终结果在计算机上显示及存储。
权利要求
1.基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，其特征在于，它包括光纤扫描激光器(a)、第二 3dB耦合器(6)、四个光纤耦合器分线盒(7)、FP滤波器(9)、多个PIN光电探测器(10)、信号放大及A/D模块(11)、DAC转换器(12)、DSP微处理器(13)、RJ45接口( 14)和计算机(15)， 所述光纤扫描激光器(a)的光输出端与第二 3dB稱合器(6)的光输入端相连,第二 3dB率禹合器(6)的光输出端同时与四个光纤I禹合器分线盒(7)的光输入端和FP滤波器(9)的光输入端相连，FP滤波器(9)的光输出端与一个PIN光电探测器(10)的光输入端相连,该PIN光电探测器(10)的电信号输出端与信号放大及A/D模块(11)的一个模拟信号输入端相连，四个光纤耦合器分线盒(7)的16个返回端分别与16个PIN光电探测器(10)的电信号输入端相连，每个PIN光电探测器(10)的电信号输出端均与信号放大及A/D模块(11)的一个模拟信号输入端相连， 信号放大及A/D模块(11)的数字信号输出端与DSP微处理器(13)的数字信号输入端相连，DSP微处理器(13)的数字驱动信号输出端与DAC转换器(12)的数字信号输入端相连,DAC转换器(12)的电压信号输出端与光纤扫描激光器(a)的驱动电压信号输入端相连，DSP微处理器(13)的串行通信接口信号输出端与RJ45接口(14)的接口信号输入端相连，RJ45接口(14)的输出端与计算机(15)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，其特征在于，光纤扫描激光器(a)由电压扫描FP滤波器(I)、半导体光放大器(2)、第一光隔离器(3)、第二光隔离器(5)和第一 3dB耦合器(4)组成， 所述电压扫描FP滤波器(I)的光输出端与半导体光放大器(2)的光输入端相连,半导体光放大器(2)的光输出端与第一光隔离器(3)的光输入端相连,第一光隔离器(3)的光输出端与第一 3dB I禹合器(4)的光输入端相连,该第一 3dB I禹合器(4)的一个光输出端与第二光隔离器(5)的光输入端相连, 第一 3dB稱合器(4)的另一个光输出端为光纤扫描激光器(a)的光输出端,第二光隔离器(5)的光输出端与半导体光放大器(2)的光输入端相连。
3.根据权利要求1所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，其特征在于，光纤扫描激光器(a)由电压扫描FP滤波器(I)、半导体光放大器(2)、第一光隔离器(3)、第二光隔离器(5)和第一 3dB耦合器(4)组成， 所述半导体光放大器(2)的光输出端与电压扫描FP滤波器(I)的光输入端相连，电压扫描FP滤波器(I)的光输出端与第一光隔离器(3)的光输入端相连,第一光隔离器(3)的光输出端与第一 3dB I禹合器(4)的光输入端相连,该第一 3dB I禹合器(4)的一个光输出端与第二光隔离器(5)的光输入端相连,第一 3dB稱合器(4)的另一个光输出端为光纤扫描激光器(a)的光输出端,第二光隔离器(5)的光输出端与半导体光放大器(2)的光输入端相连。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，其特征在于，它还包括光纤传感阵列(8),所述四个光纤f禹合器分线盒(7)的16个光信号输入/输出端分别连接光纤传感阵列(8)的16个光信号输出/输入端。
5.根据权利要求1所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，其特征在于，所述的光纤扫描激光器(a)的驱动电压的范围是O 25V ;光纤扫描激光器(a)输出的扫描激光波长范围为1505nm 1595nm ;光纤扫描激光器(a)输出的光功率大于6mW且小于20mW。
6.根据权利要求1所述的基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，其特征在于，FP滤波器(9)的温度 适应范围为-30°C 55°C。
全文摘要
基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪，属于光纤光栅波长解调技术领域。它为了解决现有的光谱解调仪体积大，解调速度慢的问题。光纤扫描激光器同时与第二光隔离器和第二3dB耦合器相连，第二光隔离器与光纤扫描激光器相连，第二3dB耦合器同时与四个光纤耦合器分线盒的四个光输入端和FP滤波器的光输入端相连，FP滤波器与PIN光电探测器相连，PIN光电探测器与信号放大及A/D模块相连，四个光纤耦合器分线盒的16个返回端分别与16个PIN光电探测器的输入端相连，光信号经PIN光电转换再经信号放大及A/D模块放大及数字化转换，最终结果在计算机上显示。它可用于工程中对压强、温度、应力、应变、流速、流量、粘度的检测。
文档编号G01D5/26GK103162720SQ20131008749
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者吕国辉, 商绍华, 王亮 申请人:黑龙江大学