一种高速同步光纤光栅分析仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤传感技术领域，具体是一种高速同步光纤光栅分析仪。
【背景技术】
[0002]随着社会科技经济不断发展，从基础设施到航空航天各领域的安全监测凸显重要。最近国家也提出构筑物联网世界，就是要将各区域、各领域、各设施、各部分需要监测的参数、状态形成一个有机的监控网络。物联网世界就是将具体的基础设施、工业、公共区域等及时状态等信息收集存储并网络化、数字化，是实现国家工业体系化、数字化、信息网络化的必然选择，也是日益重视安全的必然选择。
[0003]其中传感分析就是物联网重要的一环，光学传感相对于传统的电子传感具备先天优势，具有抗辐射、抗干扰、抗潮湿等诸多优点。光纤传感技术发展至今有几十年，日益成熟，光纤传感技术系统核心部分的是光纤传感分析仪，属于大脑部分，但国内外光纤传感分析仪大多监测速度慢，有的可以做到速率快，但不能同步，有的能同步，但速度慢。典型的美国MOI的滤波器原理光纤光栅分析仪，或者BaySpec都存在上述问题，因为技术难题和原理方式制约的原因，光纤传感分析仪很难做到既高速又同步，而高速同步正是航空航天、公路高速动态称重系统必须要具备的性能。基于现实市场、技术、安全等客观需求，亟需研制处高速多通道同步光纤光栅传感分析仪，用以解决高速监测领域监测系统的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种可扩展性强、可实现高速同步的高速同步光纤光栅分析仪，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
一种高速同步光纤光栅分析仪，包括通道功能单元和控制单元，所述通道功能单元包括多组并行同步的通道模块，所述通道模块包括大功率ASE光源、PLC光耦合器、光环行器、光纤光栅、多组衍射体光栅、多组探测器、多组读出电路模块、多组信号调理模块和多组AD转换电路模块，所述控制单元包括FPGA高速并行处理模块、DSP数字信号处理模块、千兆以太网接口和电源，所述衍射体光栅的输入端连接光环行器的输入端，衍射体光栅的输出端依次通过探测器、读出电路模块、信号调理模块和AD转换电路模块连接FPGA高速并行处理模块的输入端，所述大功率ASE光源的输出端依次通过PLC光耦合器和光环行器连接光纤光栅，所述FPGA高速并行处理模块的输入端还分别连接DSP数字信号处理模块的输出端、千兆以太网接口的输出端和电源的输出端，FPGA高速并行处理模块的输出端还分别连接读出电路模块的输入端、DSP数字信号处理模块的输入端和千兆以太网接口的输入端，所述电源的输出端还分别连接大功率ASE光源、PLC光親合器、光环行器、光纤光栅、衍射体光栅、探测器、读出电路模块、信号调理模块、AD转换电路模块和DSP数字信号处理模块的输入端。
[0006]作为本发明进一步的方案:所述通道模块设有四组。
[0007]作为本发明进一步的方案:所述千兆以太网接口的输出端还连接有FFT分析模块。
[0008]作为本发明进一步的方案:所述探测器为密集线阵列CXD探测器或CMOS探测器。
[0009]作为本发明再进一步的方案:所述AD转换电路模块中AD芯片的型号为AD7621，FPGA高速并行处理模块的型号为EP2C70F484，DSP数字信号处理模块中数字算法处理芯片的型号为TMS320C6713。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明结构清晰，可扩展性强，利于平滑升级，可以为两通道、三通道或八通道等，能达到真正意义上同步采集分析，满足航空航天、高速公路监测等需求，能够容易做到高速测量，满足航空航天、高速公路监测等需求，具备实时FFT分析，便于实际应用集成分析。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的结构示意图。
[0012]图中:1_衍射体光栅；2_探测器；3_读出电路模块；4_信号调理模块；5_AD转换电路模块；6-FPGA高速并行处理模块；7-DSP数字信号处理模块；8_千兆以太网接口 ；9-大功率ASE光源；10-PLC光耦合器；11-光环行器；15-光纤光栅；16_电源。
【具体实施方式】
[0013]下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0014]请参阅图1，一种高速同步光纤光栅分析仪，包括通道功能单元和控制单元，所述通道功能单元包括四组并行同步的通道模块，所述通道模块包括大功率ASE光源9、PLC光耦合器10、光环行器11、光纤光栅15、四组衍射体光栅1、四组探测器2、四组读出电路模块3、四组信号调理模块4和四组AD转换电路模块5，所述控制单元包括FPGA高速并行处理模块6、DSP数字信号处理模块7、千兆以太网接口 8和电源16，所述衍射体光栅I的输入端连接光环行器11的输入端，衍射体光栅I的输出端依次通过探测器2、读出电路模块3、信号调理模块4和AD转换电路模块5连接FPGA高速并行处理模块6的输入端，所述大功率ASE光源9的输出端依次通过PLC光耦合器10和光环行器11连接光纤光栅15，所述FPGA高速并行处理模块6的输入端还分别连接DSP数字信号处理模块7的输出端、千兆以太网接口 8的输出端和电源16的输出端，FPGA高速并行处理模块6的输出端还分别连接读出电路模块3的输入端、DSP数字信号处理模块7的输入端和千兆以太网接口 8的输入端，所述千兆以太网接口 8的输出端还连接FFT分析模块17，所述电源16的输出端还分别连接大功率ASE光源9、PLC光親合器10、光环行器11、光纤光栅15、衍射体光栅1、探测器2、读出电路模块3、信号调理模块4、AD转换电路模块5和DSP数字信号处理模块7的输入端。
[0015]所述衍射体光栅I为透射型衍射二维光栅；所述探测器2为密集线阵列CCD探测器或CMOS探测器，远红外波段线性度好，此波段响应度好、敏感，256像素和512像素皆可，探测器2的曝光时间快达微秒级别，且曝光时间可以调整；所述读出电路模块3可以5MHz的频率高速串行读出数据，方便FPGA高速并行处理模块6进行时序控制，读出的数据为数字信号或模拟信号；所述信号调理模块4对读出电路模块3读出的重要的光谱模拟信号进行信号调理、滤波和放大等信号处理；所述AD转换电路模块5中AD芯片的型号为AD7621，此AD芯片的信噪比好，采用16位分辨率，差分信号输入，噪声小，最高采样时钟的频率为6MHz，采样速率为3MBSP，具体应用中，采用串行接口，模拟输入范围设定为±2.5V，时钟及转换信号由FPGA高速并行处理模块6同步控制四个AD芯片，实现同步采样同步测量，同时谐调时序控制四个并行的探测器2，