专利名称：用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种波长计，更特别地说，是指一种用于测量光纤陀螺的宽谱光源平均波长的干涉型波长计。
背景技术：
为了消除光纤陀螺中的偏振效应、Kerr效应以及背向光散射和反射等带来的非互易相位误差，光纤陀螺中多采用宽谱光源。光源的平均波长与光纤陀螺的标度因数成正比，因此准确测量宽谱光源的平均波长对于提高光纤陀螺的测量精度有重要的意义。
目前，波长计主要是用于窄谱光源的波长测量。一般窄谱光源是指谱宽小于5nm的光源，宽谱光源是指谱宽大于5nm的光源。为了满足光纤陀螺中宽谱光源平均波长的测量需要，本发明提供一种可以高精度测量光纤陀螺宽谱光源的波长计。
发明内容
本发明的目的是一种用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，该波长计由光学部分和检测电路组成。其中光学部分采用由波导调制器实现的马赫—泽德干涉仪。被测光源发出的光在调制器内部被分成两路，在调制器输出端发生干涉。检测电路采用光电探测器组件进行光信号的检测，经逻辑控制和运算电路，输出调制电压加至波导调制器。根据光波长和相位差以及调制器电极加载电压的确定关系，测算出光波长。
本发明是一种用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，由波导调制器、光电探测器、检测电路组成；所述波导调制器接收光源输出的光波I0，光波I0在波导调制器内分为A路光和B路光同时传播，波导调制器对A路光采用电光效应进行相位延迟处理，经相位延迟处理后的A路光在波导调制器输出端与B路光发生干涉，输出干涉光Iout；所述光电探测器接收所述波导调制器输出的干涉光Iout，并对干涉光Iout的光强转换成电压信号后输出给所述检测电路；所述检测电路由前置放大电路、DSP处理器、D/A转换器、后置放大电路和电源电路组成；所述电源电路提供所述检测电路所需电源；所述DSP处理器对前置放大电路处理后的光强电压信号经逻辑控制和运算处理后，再经D/A转换器、后置放大电路处理，输出调制电压加至波导调制器。
所述的用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，其对光纤陀螺使用的宽谱光源进行平均波长的测量，其测量谱宽范围为5～50nm。
本发明波长计的优点在于(1)采用波导调制器对输入光波进行相位调制，解决了光纤陀螺中宽谱光源平均波长的测量问题；(2)采用差值比较和闭环反馈提高了测量精度和测量效率；(3)采用汇编语言编写DSP的控制程序，提高了软件的运行效率；(4)检测电路采用DSP处理器使测量实时性好，响应速度快；(5)结构简单，易于实现，无复杂机械部件和光学镜头，部件之间无磨损，长期工作可靠性好。
图1是本发明波长计的结构框图。
图2是检测电路结构框图。
图3是DSP处理器的控制流程框图。
图4A是DSP电路原理图。
图4B是前置放大电路原理图。
图4C是电源电路原理图。
图4D是D/A转换电路和后置放大电路原理图。
图5是本发明波长计的一种外部结构图。
图中1.壳体 2.光源输入接口 3.RS232接口 4.显示屏5.开关键 6.复位键 7.前置放大电路 8.DSP处理器9.D/A转换器 10.后置放大电路 11.电源电路具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
在本发明中，用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，由波导调制器、光电探测器、检测电路组成。
所述波导调制器接收光源输出的光波I0，光波I0在波导调制器内分为A路光和B路光同时传播，波导调制器对A路光通过电光效应进行相位延迟处理，经相位延迟处理后的A路光在波导调制器输出端与B路光发生干涉，输出干涉光Iout；在本发明中，所述波导调制器内A路光和B路光的相位差依次为π/2和3π/2。
所述光电探测器接收波导调制器输出的干涉光Iout，并将干涉光Iout的光强转换成电压信号Uin后输出给检测电路；
所述检测电路由前置放大电路7、DSP处理器8、D/A转换器9、后置放大电路10和电源电路11组成；所述电源电路11提供所述检测电路所需电源1.8V、3.3V、-5V、+5V；所述DSP处理器8对前置放大电路7处理后的光强电压信号经逻辑控制和运算处理后，再经D/A转换器9、后置放大电路10处理，输出调制电压加至波导调制器。所述检测电路的信息处理步骤是步骤81上电后DSP处理器8在其片上进行初始化；步骤82DSP处理器8根据波导调制器的工作中心波长λ0与工作半波电压Vπ的数字量Vπd之比获得波长比例系数K，即K＝λ0/Vπd；同时，设定测量半波数字电压Uπd的初始值等于工作半波电压Vπ的数字量Vπd，且所述测量半波数字电压Uπd经D/A转换器9、后置放大电路10处理后形成测量半波模拟电压Uπ；在本发明中，由于测量半波数字电压Uπd的初始值等于工作半波电压Vπ的数字量Vπd，因而，测量半波模拟电压Uπ的初始值等于工作半波电压Vπ；步骤83DSP处理器8产生第一个数字调制电压Um1d，且Um1d＝Uπd/2，经D/A转换器9、后置放大电路10处理后输出第一个模拟调制电压Um1，且Um1＝Uπ/2；步骤84DSP处理器8接收第一个由前置放大电路7输出的第一个模拟光强电压Uin1，经片内A/D转换成第一个数字光强电压Uin1d，并存储；步骤85DSP处理器8产生第二个数字调制电压Um2d，且Um2d＝3Uπd/2，经D/A转换器9、后置放大电路10处理后输出第二个模拟调制电压Um2，且Um2＝3Uπ/2；步骤86DSP处理器8接收第二个由前置放大电路7输出的第二个模拟光强电压Uin2，经片内A/D转换成第二个数字光强电压Uin2d，并存储；步骤87DSP处理器8对第一个数字光强电压Uin1d与第二个数字光强电压Uin2d进行差值比较，(A)当第一个数字光强电压Uin1d大于第二个数字光强电压Uin2d时，则增加测量半波电压数字信号Uπd，返回步骤83；(B)当第一个数字光强电压Uin1d小于第二个数字光强电压Uin2d时，则减小测量半波电压数字信号Uπd，返回步骤83；(C)当第一个数字光强电压Uin1d等于第二个数字光强电压Uin2d时，则被测光源的波长λ＝KUπd输出至显示4；步骤88光源波长自测量结束。
本发明波长计的测量过程能够通过差值比较和反馈完成检测电路输出的调制电压使波导调制器内A路光和B路光的相位差依次精确为π/2和3π/2，这时的第一个数字光强电压Uin1d与第二个数字光强电压Uin2d相等。根据此时的测量半波数字电压Uπd计算出波长。
在本发明中，所述检测电路的各管脚联接为中心处理器U4的16条数据线与D/A转换器U2的16条数据线联接，中心处理器U4的第174脚与前置放大电路U1的第1脚联接，实现前置放大后的电压信号输入，中心处理器U4的第140脚与3.3V高电平之间接有电阻R8，实现锁相环工作有效，中心处理器U4的第40、34脚与端口J1联接，实现串行数据输出，中心处理器U4的第76、77脚与晶振电路联接，为系统提供时钟信号，中心处理器U4的第84脚与D/A转换器U2的第26脚联接，实现D/A转换器的工作启动，中心处理器U4的第11脚与地之间接有电容C3，第10脚与地之间接有电容C4，第16脚与地之间接有电阻R10，第12脚接地，第175脚接地，第13脚接3.3V高电平，第10、11、12、16、175脚为片内A/D转换器提供参考电压，中心处理器U4的第160脚接复位电路，实现系统复位，中心处理器U4的第159、82、161脚通过电阻R12与3.3V高电平联接；电源电路U5的第25、24、23脚通过电阻R13及电感L1与电感L2分别输出1.8V数字模拟电源电压，电源电路U5的第19、18、17脚通过电阻R9及电感L3与电感L4分别输出3.3V数字模拟电源电压，电源电路U5的第5、6、11、12脚与+5V电源联接；前置放大电路U1的第1脚输出前置放大后的电压信号至中心处理器U4的第174脚，第1脚与第2脚之间串联有电阻R2，实现放大信号负反馈，前置放大电路U1的第2脚与光电探测器之间接有电阻R1，实现光电探测器电压信号输入，前置放大电路U1的第3脚与地之间接有电阻R3，
前置放大电路U1的第4脚接-5V电压，前置放大电路U1的第8脚接+5V电压；D/A转换器U2的第25脚接+5V电压，D/A转换器U2的第23脚通过电容C1与第22、23脚联接，D/A转换器U2的第16脚与地之间接有电容C2，D/A转换器U2的第20脚与地之间接有电阻R4，且通过电阻R5与后置放大电路U3的第2脚联接；后置放大电路U3的第1脚与波导调制器连接，输出调制电压信号，后置放大电路U3的第1脚电阻R6与第2脚联接，实现放大信号负反馈，后置放大电路U3的第3脚与地之间接有电阻R7，后置放大电路U3的第4脚接-5V电压，后置放大电路U3的第8脚接+5V电压；在本发明中，片内供电由电源电路U5提供1.8V和3.3V数字模拟电源电压，原始电源输入为±5V和地GND。
在本发明中，波导调制器选取MOD22212型号调制器、光电探测器采用武汉电信器件公司的PIN/FET光电探测器组件，型号为PFTM91-1、DSP处理器选取TMS320F2812型号、D/A转换器选取LTC1668型号、电源芯片选取TPS73HD301、运算放大器选取AD8066ARM型号。
本发明用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计能够实现对光纤陀螺使用的宽谱光源进行平均波长的测量，其测量谱宽范围为5～50nm。
权利要求
1.一种用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，其特征在于由波导调制器、光电探测器、检测电路组成；所述波导调制器接收光源输出的光波I0，光波I0在波导调制器内分为A路光和B路光同时传播，波导调制器对A路光采用电光效应进行相位延迟处理，经相位延迟处理后的A路光在波导调制器输出端与B路光发生干涉，输出干涉光Iout；所述光电探测器接收所述波导调制器输出的干涉光Iout，并对干涉光Iout的光强转换成电压信号后输出给所述检测电路；所述检测电路由前置放大电路(7)、DSP处理器(8)、D/A转换器(9)、后置放大电路(10)和电源电路(11)组成；所述电源电路(11)提供所述检测电路所需电源；所述DSP处理器(8)对前置放大电路(7)处理后的光强电压信号经逻辑控制和运算处理后，再经D/A转换器(9)、后置放大电路(10)处理，输出调制电压加至波导调制器。
2.根据权利要求1所述的用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，其特征在于所述检测电路的信息处理步骤是，步骤81上电后DSP处理器(8)初始化；步骤82DSP处理器(8)根据波导调制器的工作中心波长λ0与工作半波电压Vπ的数字量Vπd之比获得波长比例系数K，即K＝λ0/Vπd；同时，设定测量半波数字电压Uπd的初始值等于工作半波电压Vπ的数字量Vπd，且所述测量半波数字电压Uπd经D/A转换器(9)、后置放大电路(10)处理后形成测量半波模拟电压Uπ；步骤83DSP处理器(8)产生第一个数字调制电压Um1d，且Um1d＝Uπd/2，经D/A转换器(9)、后置放大电路(10)处理后输出第一个模拟调制电压Um1，且Um1＝Uπ/2；步骤84DSP处理器(8)接收第一个由前置放大电路(7)输出的第一个模拟光强电压Uin1，经片内A/D转换成第一个数字光强电压Iin1d，并存储；步骤85DSP处理器(8)产生第二个数字调制电压Um2d，且Um2d=3Uπd/2，经D/A转换器(9)、后置放大电路(10)处理后输出第二个模拟调制电压Um2，且Um2＝3Uπ/2；步骤86DSP处理器(8)接收第二个由前置放大电路(7)输出的第二个模拟光强电压Uin2，经片内A/D转换成第二个数字光强电压Uin2d，并存储；步骤87DSP处理器(8)对第一个数字光强电压Uin1d与第二个数字光强电压Uin2d进行差值比较，(A)当第一个数字光强电压Uin1d大于第二个数字光强电压Uin2d时，则增加测量半波电压数字信号Uπd，返回步骤83；(B)当第一个数字光强电压Uin1d小于第二个数字光强电压Uin2d时，则减小测量半波电压数字信号Uπd，返回步骤83；(C)当第一个数字光强电压Uin1d等于第二个数字光强电压Uin2d时，则被测光源的波长λ＝KUπd输出至显示(4)；步骤88光源波长自测量结束。
3.根据权利要求2所述的用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，其特征在于步骤82中测量半波数字电压Uπd的初始值等于工作半波电压Vπ的数字量Vπd，因而，测量半波模拟电压Uπ的初始值等于工作半波电压Vπ。
4.根据权利要求1所述的用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，其特征在于波导调制器内A路光和B路光的相位差依次为π/2和3π/2。
5.根据权利要求1所述的用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，其特征在于所述检测电路的各管脚联接为，中心处理器U4的16条数据线与D/A转换器U2的16条数据线联接，第174脚与前置放大电路U1的第1脚联接，第140脚与3.3V高电平之间接有电阻R8，第40、34脚与端口J1联接，第76、77脚与晶振电路联接，第84脚与D/A转换器U2的第26脚联接，第11脚与地之间接有电容C3，第10脚与地之间接有电容C4，第16脚与地之间接有电阻R10，第12脚接地，第175脚接地，第13脚接3.3V高电平，第160脚接复位电路，第159、82、161脚通过电阻R12与3.3V高电平联接；电源电路U5的第25、24、23脚通过电阻R13及电感L1与电感L2分别输出1.8V数字模拟电源电压，第19、18、17脚通过电阻R9及电感L3与电感L4分别输出3.3V数字模拟电源电压，第5、6、11、12脚与+5V电源联接；前置放大电路U1的第1脚输出前置放大后的电压信号至中心处理器U4的第174脚，第1脚与第2脚之间串联有电阻R2，第2脚与光电探测器之间接有电阻R1，第3脚与地之间接有电阻R3，第4脚接-5V电压，第8脚接+5V电压；D/A转换器U2的第25脚接+5V电压，第23脚通过电容C1与第22、23脚联接，第16脚与地之间接有电容C2，第20脚与地之间接有电阻R4，且通过电阻R5与后置放大电路U3的第2脚联接；后置放大电路U3的第1脚与波导调制器连接，第1脚电阻R6与第2脚联接，第3脚与地之间接有电阻R7，第4脚接-5V电压，第8脚接+5V电压。
6.根据权利要求1所述的用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，其特征在于对光纤陀螺使用的宽谱光源进行平均波长的测量，其测量谱宽范围为5～50nm。
全文摘要
本发明公开了一种用于测量光纤陀螺宽谱光源的波长计，由波导调制器、光电探测器、检测电路组成。所述波导调制器接收光源输出的光波I
文档编号G01C19/72GK1912555SQ20061011266
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月29日 优先权日2006年8月29日
发明者徐宏杰, 梁生, 李彦, 张春熹 申请人:北京航空航天大学