专利名称：基于awg的光纤光栅传感器的解调装置的制作方法
技术领域：
基于AWG (Arrayed Waveguide Grating)的光纤光栅传感器的解调装置属于声发射检测技术领域，应用于声发射测量领域中对光纤光栅传感器的解调。
背景技术：
声发射技术是一种先进的无损检测技术，它通过探测和分析被测物自身发出的声波获知被测物内部损伤、断裂、变形等信息，该技术在石油、化工、电力、航空航天、金属加工、水利水电等领域有着广泛应用。声发射技术的关键元件是对声波进行采集和探测的声发射传感器。在许多特殊的场合，利用光纤光栅制作的声发射传感器具有许多传统传感器不具备的特点。光纤光栅具有体积小、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各种损伤的声发射信号进行检测。传统的光纤光栅传感信号解调方式多为波长扫描型或滤色片强度检测型，前者传感波长范围大，可达80nm，但解调速度低，其最高为几千赫兹；后者解调速度快，可达IOM赫兹，但传感波长范围窄，一般只有2 3nm ;上述两种解调方式中的传感波长范围和解调速度不能同时达到最佳的解调效果，传感波长范围和解调速度均成反比。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有传统的光纤光栅传感信号解调方式中存在的传感波长范围和解调速度成反比的问题，本发明提供了一种基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置。基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置，它包括ASE(amplified spontaneousemission)光源、I XN 分路器、N 个 AffG > N 个光纤光栅探头、PIN (positive intrinsicnegative)光电转化器、信号放大及A/D (analog/digital)转换模块和FPGA (Fieldprogrammable gate array)处理电路；所述的ASE光源的光信号输出端与I XN分路器的光信号输入端连接，所述的IXN分路器的N个光信号输出端分别与N个AWG的光信号输入端连接；所述的N个AWG的光信号的输入输出端分别与N个光纤光栅探头的光信号的输入输出端连接，其中N为大于I的正整数；AWG有4个窄带光信号输出端，每个AWG的4个窄带光信号输出端分别与PIN光电转化器的光信号输入端连接，所述的PIN光电转化器的电信号输出端分别与信号放大及A/D转换模块的模拟信号输入端连接；所述的信号放大及A/D转换模块的数字信号输出端与FPGA处理电路的检测信号输入端连接。所述的IXN分路器的N个光信号输出端输出的光信号相同。所述的ASE光源输出的光信号的光功率范围在IOOmW 500mW之间，所述光信号的谱宽范围在40nm 50nm之间。所述的信号放大及A/D转换模块的A/D采样速率大于IOMHz，采样精度为16位。
所述的光纤光栅探头米用光信号强度为3dB、带宽为0.6nm的单模光纤光栅。所述的N为大于或等于3的正整数。本发明带来的有益效果是:传感波长范围宽，可达到1525nm 1565nm的同时解调速度可达10MHz，且灵敏度强，灵敏度强可达到2 μ ε。
图1是本发明所述的基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置的原理示意图；图2是本发明所述的AWG的透射光谱图；图中曲线ch1、曲线ch2、曲线ch3和曲线ch4分别对应AWG的4个窄带光信号输出端输出的光信号的光谱曲线。
具体实施例方式具体实施方式
一:参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置，它包括ASE光源1、I XN分路器2、N个AWG3、N个光纤光栅探头4、PIN光电转化器5、信号放大及A/D转换模块6和FPGA处理电路7 ;所述的ASE光源I的光信号输出端与IXN分路器2的光信号输入端连接,所述的IXN分路器2的N个光信号输出端分别与N个AWG3的光信号输入端连接；所述的N个AWG3的光信号的输入输出端分别与N个光纤光栅探头4的光信号的输入输出端连接，其中N为大于I的正整数；AWG3有4个窄带光信号输出端，每个AWG3的4个窄带光信号输出端分别与PIN光电转化器5的光信号输入端连接，所述的PIN光电转化器5的电信号输出端分别与信号放大及A/D转换模块6的模拟信号输入端连接；所述的信号放大及A/D转换模块6的数字信号输出端与FPGA处理电路7的检测信号输入端连接。
具体实施方式
二:参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的区别在于，所述的I XN分路器2的N个光信号输出端输出的光信号相同。
具体实施方式
三:参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的区别在于，所述的ASE光源I输出的光信号的光功率范围在IOOmW 500mW之间,所述光信号的谱宽范围在40nm 50nm之间。
具体实施方式
四:参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的区别在于，所述的信号放大及A/D转换模块6的A/D米样速率大于IOMHz,米样精度为16位。
具体实施方式
五:参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的区别在于，所述的光纤光栅探头4米用光信号强度为3dB、带宽为0.6nm的单模光纤光栅。
具体实施方式
六:参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的区别在于，所述的N为大于或等于3的正整数。基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置的原理分析如下:ASE光源I的光信号输出端与I XN分路器2的光信号输入端连接,所述的I XN分路器2的N个光信号输出端分别与N个AWG3的光信号输入端连接；所述的N个AWG3的光信号的输入输出端分别与N个光纤光栅探头4的光信号的输入输出端连接，将光纤光栅探头4置于待测环境内，当待测量改变时，光纤光栅探头4会将载有待测物理量变化信息的光波长变化信号按原光路反射，反射回来的光波长变化信号经AWG3后，对应其波长的通道有光信号输出，如图2所示，将该光信号经PIN光电转化器5、信号放大及A/D转换模块6的转换后，进入FPGA处理电路7进行处理，计算得出其光信号波长变化量，再根据标定值将光信号波长变化量转换为实际的物理量变化量。本发明无移动部件，其抗电磁干扰能力强，优于国家电磁兼容射频电磁场辐射试验3级标准一30V/m ;可靠性高，解调速度快，测量波长范围宽。
权利要求
1.基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置，其特征在于，它包括ASE光源(1)、1XN分路器(2)、N个AWG (3)、N个光纤光栅探头(4)、PIN光电转化器(5)、信号放大及A/D转换模块(6)和FPGA处理电路(7);所述的ASE光源⑴的光信号输出端与I XN分路器⑵的光信号输入端连接，所述的I XN分路器(2)的N个光信号输出端分别与N个AWG(3)的光信号输入端连接；所述的N个AWG (3)的光信号的输入输出端分别与N个光纤光栅探头(4)的光信号的输入输出端连接，其中N为大于I的正整数； AffG (3)有4个窄带光信号输出端，每个AWG (3)的4个窄带光信号输出端分别与PIN光电转化器(5)的光信号输入端连接，所述的PIN光电转化器(5)的电信号输出端分别与信号放大及A/D转换模块￠)的模拟信号输入端连接；所述的信号放大及A/D转换模块(6)的数字信号输出端与FPGA处理电路(7)的检测信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置，其特征在于，所述的IXN分路器(2)的N个光信号输出端输出的光信号相同。
3.根据权利要求1所述的基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置，其特征在于，所述的ASE光源(I)输出的光信 号的光功率范围在IOOmW 500mW之间，所述光信号的谱宽范围在40nm 50nm之间。
4.根据权利要求1所述的基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置，其特征在于，所述的信号放大及A/D转换模块￠)的A/D采样速率大于10MHz，采样精度为16位。
5.根据权利要求1所述的基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置，其特征在于，所述的光纤光栅探头(4)米用光信号强度为3dB、带宽为0.6nm的单模光纤光栅。
6.根据权利要求1所述的基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置，其特征在于，所述的N为大于或等于3的正整数。
全文摘要
基于AWG的光纤光栅传感器的解调装置，属于声发射检测技术领域。其发明目的是为了解决现有传统的光纤光栅传感信号解调方式中存在的传感波长范围和解调速度成反比的问题。本发明的1×N分路器将ASE光源输出的一路光分成N路相同的光信号并分别入射至N个AWG，每个AWG的光信号输入输出端将此光信号发送给一个光纤光栅探头、经该光纤光栅探头反射的窄带光信号反馈给该AWG的光信号输入输出端，该AWG根据所述窄带光信号的波长范围选择相应的通道输出至PIN光电转化器，经该PIN光电转化器转换后输出电信号至信号放大及A/D转换模块，该信号放大及A/D转换模块输出数字信号给FPGA处理电路，本发明主要应用于声发射测量领域中对光纤光栅传感器的解调。
文档编号G01D5/353GK103148879SQ20131004787
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者吕国辉, 商绍华, 王亮 申请人:黑龙江大学