专利名称：一种光纤布喇格光栅传感器查询仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及查询设备的技术领域，具体地说是一种光纤布喇格光栅传感器查询仪。
背景技术：
随着光通信技术的发展，光通信中的一些技术逐渐为传感领域中的应用提供了技术平台，光纤光栅就是其中之一。以光纤光栅技术为基础的光纤光栅传感器正成为传感器研究领域中的又一大热点。同传统的电传感器相比，光纤光栅传感器在传感网络应用中具有非常明显的技术优势1.可靠性好、抗干扰能力强，由于光纤光栅对被感测信息用波长编码，而波长是一种绝对参量，它不受光源功率波动以及光纤弯曲等因素引起的系统损耗的影响，因而光纤光栅传感器具有非常好的可靠性和稳定性；2.传感头结构简单、尺寸小，适于各种应用场合，尤其适合于埋入材料内部构成所谓的智能材料或结构；3.抗电磁干扰、抗腐蚀、能于恶劣的化学环境下工作；4.可复用性强，采用多个光纤光栅传感器，可以构成分布式光纤传感网络。
光纤布喇格光栅传感器查询仪可采用各种技术方案来实现，目前使用最广泛的是MOI的Si425查询仪，它具有4个50nm查询带宽通道，数据更新频率为250Hz。此类查询仪仅能测出传感器的峰值反射波长的实时数据，而不能提供其波谱形状的信息，但在许多应用中，传感器反射波形及其变化是一个非常重要的信息，因此，MOI公司又开发了用高速AD交换电路作为数据采集单元的Si720查询仪，它具有2个50nm查询带宽的通道，数据更新频率为5Hz。尽管其是目前应用最广泛、综合性最好的查询仪，但仍远远不能满足现代工程应用要求，其存在以下主要不足1.等效查询带宽太小，目前其性能最好的是MOI的Si425，约有200nm，以2nm传感器动态范围计算，约能查询100个传感器，但现代许多力学研究测量和监控，如大跨度的桥梁结构应用，需要1000个以上的测量点，相当于10台以上的Si425等效查询带宽的总和，更重要的是在许多应用场合，如力学结构中波的传播和模式分析中，所有测量点的数据必须同步，因此，不能用多台查询仪并用的方式来解决查询带宽不足的问题，目前仍未有任何形式的查询仪具有超过200nm的查询带宽。2.查询带宽扩展能力小或几乎没有，由于查询带宽的扩展受中央控制处理单元数据处理能力的限制，在MOI公司的Si425中实际上已达到了饱和程度，也就是当传感器数量达到100个以上，数据更新频率从250Hz下降到25Hz，C信号处理处理能力弱，现代高性能的查询仪仍采用通用的微处理器(MPU)，而不是专用的数字信号处理器(DSP)作为信号波谱处理部件，无法对大量高速扫描的波谱进行实时分析处理，如MOI的Si720的数据更新频率仅5Hz，使应用场合受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤布喇格光栅传感器查询仪，它可克服现有技术中的一些不足。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种光纤布喇格光栅传感器查询仪，它包括中央数据处理控制模块，与中央数据处理控制模块连接的窄带扫描光源，其特征在于中央数据处理控制模块连接模块通讯总线，窄带扫描光源连接模块光源分配器，模块光源分配器至少连接一个传感器查询通道模块，传感器查询通道模块连接模块通讯总线。
本发明采用可扩展模块化结构，使等效负载带宽大大增加，仪器有一个中央数据处理控制模块和若干个可扩充的功能模块组成。中央数据处理控制模块负责各功能模块数据采集的同步，数据传输的时序，以及工作状态等控制；光源扫描的控制，光波长标准的产生，检测数据的后道处理和输出，以及程序的更新。各功能模块是一个相对独立的数据采集和处理子系统。功能模块的性能不会随着系统的扩展而降低，系统的扩展能力仅由扫描光源的输出功率和检测电路的灵敏度所限制。随着技术的发展，扫描光源的输出功率将越来越大，检测电路的灵敏度越来越高，仪器的负载能力将随之扩展，而不需要对整个仪器进行重新设计。功能模块共享仪器中昂贵的扫描光源和波长标准模块，从而使仪器的单位测量点的硬件成本随着测量点的增加而大大降低，采用高速模数转换技术记录传感器的全波谱信息，配合数字信号处理技术使得查询仪不仅能测出各传感器的中心波长移动，而且能提供其波形的变化信息，采用高性能的数字信号处理器(DSP)进行实时数据采样的波谱分析。多DSP协同处理，使查询仪在保持高扫描频率的同时，实现实时波谱分析，再者，采用可扩展模块化的设计，扩展传感器负载能力只需要插入一个或若干个功能模块即可，仪器的操作方面、性能指标和对传感器的要求保持不变。
附图1为本发明基本结构示意图附图2为本发明传感器查询通道模块结构示意图附图3为本发明扩展结构示意图附图4为本发明传感器查询通道模块扩展结构示意图
具体实施例方式
本发明主要包括中央数据处理控制模块1，与中央数据处理控制模块连接的窄带扫描光源2，其特征在于中央数据处理控制模块连接模块通讯总线3，窄带扫描光源连接模块光源分配器4，模块光源分配器至少连接一个传感器查询通道模块5，传感器查询通道模块连接模块通讯总线，在中央数据处理控制模块和模块光源分配器之间可选择接入一波长标准模块6，波长标准模块上设有梳状滤波器7和信号检测电路8，中央数据处理控制模块中设有DSP处理器，传感器查询通道模块内设有数据控制处理模块9，数据控制处理模块连接数据采集电路10，数据采集电路通过光偶合器11连接通道光源分配器12，数据控制处理模块中设有DSP处理器，所用DSP处理器为德州仪器公司出品的Mcs320c6000系列。
具体实施中先用窄带扫描光源进行扫描，然后将扫描成形的光数据送入模块光源分配器进行光分配，分配完成后的扫描光源经光偶合器被送入光电转换器中进行光电转换，转换后的数据经数据采集电路后送入数据控制处理模块进行处理，处理完后的数据通过模块通讯总线最后被送入中央数据处理控制模块。
本发明提供了一个可扩展模块化设计的查询仪，其中，窄带扫描光源可采用任何具有扫描功能的，并且线宽足够窄的光源模块，如光纤扫描激光器、半导体扫描激光器，以及宽带光源加上可变波长滤波器等模块，波长标准模块可用任何可对扫描光源进行定标的器件，如梳状滤波器和气体波长标准器等，如果窄带扫描光源的波长与扫描电压的对应关系足够稳定，可直接对其定标，以省略波长标准通道，传感器查询通道模块中的数据采集电路可采用高速AD转换方法，对使用MPU作为模块控制和处理电路的设计可直接移现有技术中的中央控制处理单元与数据采集有关的子系统，对使用DSP作为模块控制和处理电路的设计可移植在光纤通讯中为OPM所开发的DSP实时光谱分析处理系统，如加拿大的OPTOVATION的OPM系统来实施，对多DSP实时光谱分析处理系统，DSP之间的通讯宽带是系统设计的要点，每秒1700兆字节节点数据通讯量的SOLANO芯片提供了足够的通讯带宽。
本光纤布喇格光栅传感器查询仪可在各个领域中被广泛使用，如桥梁施工领域、建筑施工领域、海洋石油平台领域、油田开发领域及航空航天领域、大坝施工领域等。在桥梁、建筑、大坝施工领域中，纤布喇格光栅传感器查询仪提供了一种安全监测的方法，而且也可以为监测交通工具的速度、载重及种类提供很重要的数据，其测量精度可以达到几个微应变级，具有很好的可靠性，可实现动态测量，采用分布式埋入可以实现对整个桥梁或建筑物的安全状况监测，从而防止工程及交通事故的发生。在在航空航天领域，飞行安全是人们十分关注的一个方面。光纤光栅传感器具有体积小，重量轻，灵敏度高等优点，将光纤光栅埋入飞行器或者发射塔结构中，组成分布式智能传感网络，可以对飞行器及发射塔的内部机械性能及外部环境进行实时监测，提高了整体安全系数。除此之外，本发明还可用于军事战机、舰艇的结构监测，电学传感器的更新，以及光学声纳系统。
权利要求
1.一种光纤布喇格光栅传感器查询仪，它包括中央数据处理控制模块，与中央数据处理控制模块连接的窄带扫描光源，其特征在于中央数据处理控制模块连接模块通讯总线，窄带扫描光源连接模块光源分配器，模块光源分配器至少连接一个传感器查询通道模块，传感器查询通道模块连接模块通讯总线。
2.根据权利要求1所述的一种光纤布喇格光栅传感器查询仪，其特征在于在中央数据处理控制模块和模块光源分配器之间可选择接入一波长标准模块。
3.根据权利要求1所述的一种光纤布喇格光栅传感器查询仪，其特征在于波长标准模块上设有梳状滤波器和信号检测电路。
4.根据权利要求1所述的一种光纤布喇格光栅传感器查询仪，其特征在于中央数据处理控制模块中设有DSP处理器。
5.根据权利要求1所述的一种光纤布喇格光栅传感器查询仪，其特征在于传感器查询通道模块内设有数据控制处理模块，数据控制处理模块连接数据采集电路，数据采集电路通过光偶合器连接通道光源分配器。
6.根据权利要求5所述的一种光纤布喇格光栅传感器查询仪，其特征在于数据控制处理模块中设有DSP处理器。
全文摘要
本发明公开了一种光纤布喇格光栅传感器查询仪，中央数据处理控制模块连接模块通讯总线，窄带扫描光源连接模块光源分配器，模块光源分配器至少连接一传感器查询通道模块，传感器查询通道模块连接模块通讯总线，本发明采用可扩展模块结构，只需插入一个或若干个功能模块即可，可使等效负载带宽大大增加，仪器有一个中央控制模块和若干个可扩充的功能模块组成，各功能模块是一个相对独立的数据采集和处理子系统，其功能不会随着系统的扩展而降低，解决了因传感器数量增加而导致数据更新频率降低的问题，功能模块共享仪器中昂贵的扫描光源和光波长标准器，从而使仪器的单位测量点的硬件成本随着测量点的增加而大大降低，再者，采用高性能AD转换技术记录传感器的全光谱信息，并配合数字信号处理技术，使得查询仪不仅能测出各传感器的中心波长移动，而且能提供其波形的变化信息和进行实时数据采样的波谱分析。
文档编号G01D5/26GK1529131SQ0315121
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月26日 优先权日2003年9月26日
发明者黄一平, 王建华 申请人:王建华