一种光纤光栅解调仪及其温度控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤光栅解调仪，特别地，涉及一种可在一定温度范围内工作的光纤光栅解调仪及其温度控制方法。
【背景技术】
[0002]光纤光栅传感器是光纤传感器的一种，广泛应用于结构健康监测、温度监测和铁路落石监测等领域。因为光纤光栅传感器是靠反射光的中心波长变化来反映被测物理量的大小的，所以光纤光栅传感器都需要配合光纤光栅解调仪将光信号转变为能被计算机系统所识别电信号才能最终为人所用。
[0003]目前，光纤光栅解调仪主要有衍射光栅式(如:CN201425690，《高速光纤光栅解调系统》)和扫描滤波式(如:CN203083585U,《基于扫描激光器原理的光纤光栅解调仪》)两种。无论是衍射光栅式还是扫描滤波式光纤光栅解调仪都会不可避免地使用光电子器件和纯光学器件。由于现有工艺限制以及光电器件的原理特性，光电子器件和纯光学器件的工作温度范围都较窄。以纯光学无源器件光纤环形器为例，市面上能够买到的光纤环形器工作温度范围多为_5°C?70°C，极少数产品可达到-20°C?70°C。若超出该温度范围，其插入损耗和串扰等关键技术指标都会急剧增大，从而无法使用。而光源、光开关等有源器件一般工作温度范围会更窄。因此，无论是哪种原理的光纤光栅解调仪都无法在有着较为严苛的环境温度的条件下使用。
【发明内容】
[0004]为了克服现有的光纤光栅解调仪不能在宽温范围内使用的缺陷，本发明提供一种光纤光栅解调仪及其温度控制方法，使光纤光栅解调仪的工作温度范围扩展到了 -40°C?70°C。
[0005]在本发明的第一个方面，提供了一种光纤光栅解调仪，包括:温度控制系统；工作腔，包括光纤光栅解调仪的光学器件；保温层，包裹所述工作腔，用于隔离所光学器件与工作腔外部的热交换；其中所述温度控制系统与所述工作腔耦合，用以调节所述工作腔内的温度。
[0006]在一个优选实施例中，其中所述温度控制系统包括温度控制电路、温度传感器和温度调节装置，其中所述温度传感器与所述温度控制电路相耦合；其中所述温度调节装置与所述温度控制电路相耦合。
[0007]在一个优选实施例中，所述温度传感器安装在工作腔内侧。
[0008]在一个优选实施例中，所述温度传感器包括一组温度传感器。
[0009]在一个优选实施例中，所述温度调节装置包括制冷加热器。
[0010]在一个优选实施例中，所述制冷加热器为半导体制冷器。
[0011]在一个优选实施例中，所述半导体制冷器被安装成使得它的工作面紧贴于工作腔的外表面处。
[0012]在一个优选实施例中，所述制冷加热器包括加热器和制冷器。
[0013]在一个优选实施例中，所述加热器被完全安置在工作腔内，并且所述制冷器被嵌入在所述工作腔及包裹所述工作腔的保温层中。
[0014]在一个优选实施例中，所述所述工作腔包括光开关、光源、光电转换模块和环形器。
[0015]在一个优选实施例中，所述工作腔包括扫描光源、环形器、光电探测器、扫描光源控制电路及光电检测电路。
[0016]在一个优选实施例中，所述工作腔包括扫描光源、环形器、光电探测器；所述光纤光栅解调仪还包括扫描光源控制电路及光电检测电路；其中扫描光源控制电路及光电检测电路位于所述工作腔的外部并且与所述扫描光源和光电探测器相耦合。
[0017]在一个优选实施例中，所述温度控制系统调节所述工作腔内的温度在30°C?45。。。
[0018]在本发明的第二个方面，提供了一种光纤光栅解调仪的温度控制方法，包括:
检测光纤光栅解调仪所包括的工作腔内的温度，其中所述工作腔包括所述光纤光栅解调仪的光学器件；
由光纤光栅解调仪所包括的温度控制系统确定所检测的工作腔内的温度是否满足设定的温度阈值；
如果不满足所设定的温度阈值，则调整所述温度控制系统的温度控制电路的输出功率，以使得工作腔内的温度满足所述温度阈值。
[0019]在一个优选实施例中，所述温度阈值是一个温度范围，包括一个上限温度和一个下限温度。
[0020]在一个优选实施例中，所述温度范围是30°C?45°C。
[0021]在一个优选实施例中，当所述温度控制系统包括的加热制冷器采用半导体制冷器时，调整所述温度控制系统的温度控制电路的输出功率步骤通过增大半导体制冷器的输出功率来调整工作腔内的温度。
[0022]在一个优选实施例中，所述半导体制冷器被安装成使得它的工作面紧贴于工作腔的外表面处，其中所述工作腔外包裹由保温层。
[0023]在一个优选实施例中，当所述温度控制系统制包括制冷器和加热器时，调整所述温度控制系统的温度控制电路的输出功率步骤通过增大制冷器的输出功率以降低温度和通过增大加热器的输出功率以升高温度来调整工作腔内的温度。
[0024]在一个优选实施例中，所述加热器被完全安置在工作腔内，并且所述制冷器被嵌入在所述工作腔及包裹所述工作腔的保温层中。
[0025]在一个优选实施例中，所述述工作腔包括光开关、光源、光电转换模块和环形器。
[0026]在一个优选实施例中，所述工作腔包括扫描光源、环形器、光电探测器、扫描光源控制电路及光电检测电路。
[0027]在一个优选实施例中，所述工作腔包括扫描光源、环形器、光电探测器；所述光纤光栅解调仪还包括扫描光源控制电路及光电检测电路；其中扫描光源控制电路及光电检测电路位于所述工作腔的外部并且与所述扫描光源和光电探测器相耦合。
[0028]本发明的效果是:大大扩展了光纤光栅解调仪的工作温度范围，若选择了效能较高的加热制冷装置，仪器的工作温度甚至能超过_40°C?70°C;较精确的温度控制能够提高光电元器件的性能，提高光纤光栅解调仪的解调精度，延长仪器使用寿命，增强可靠性。
【附图说明】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0030]图1是本发明的一种光纤光栅解调仪的实施例的结构框图。
[0031]图2是本发明的另一种光纤光栅解调仪的实施例的结构框图。
[0032]图3是本发明的一种光纤光栅解调仪的温度控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033]图1示出本发明的一个用于光纤光栅解调仪的实施例的结构框图。该光纤光栅解调仪优选地适用于衍射光栅型光纤光栅解调仪。
[0034]在图1中，温度控制电路标记为101 ;光开关标记为102 ;光源标记为103 ;光电转换模块标记为104 ;连接至光开关102的光纤标记为105 ;连接至上位机的数据线标记为106 ;工作腔标记为107 ;温度传感器电源及数据线标记为108 ;制冷加热器的控制及电源线标记为109 ;保温层标记为110 ;光纤标记为111 ;环形器标记为112 ;制冷加热器标记为113 ;温度传感器标记为114 ;光纤光栅解调仪机箱标记为115。
[0035]在一个实施例中，该光纤光栅解调仪包括光纤光栅解调仪机箱115、工作腔107和温度控制系统。所述工作腔107和温度控制系统包含在光纤光栅解调仪机箱115中。光源103、光开关102、光电转换模块104、连接至光开关的光纤105、连接至上位机的数据线106、环形器112、光纤111和光纤光栅解调仪机箱15组成了一个基本的多通道光纤光栅解调仪。光纤105的另一侧连接至光纤光栅传感器。光纤111连接光开关102和环形器112。光源103和光电转换模块104均分别与环形器112相f禹合。
[0036]工作腔107包括光源103、光开关102、光电转换模块104、连接至光开关102的光纤105、连接至上位机的数据线1