一种光纤光栅解调仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种光纤光栅解调仪，其特征在于：包括扫描光源(1)、分光比为99:1的耦合器(2)、PLC分路器模块(3)、多个3dB耦合器(4)、光纤光栅阵列(6)、参考光路(7)、数据采集模块(12)、主控板(13)、工控机(17)和显示器(18)，其中，所述参考光路(7)包括第一参考光栅(8)、第二参考光栅(9)、第三参考光栅(10)和温度传感器，温度传感器与主控板连接，第一参考光栅(8)的波长λ2和第二参考光栅(9)的波长λ3靠近系统波长的一端，第三参考光栅(10)的波长λ4靠近系统波长的另一端，且λ4-λ3和λ3-λ2的比例在4:1到7:1之间。与现有技术相比，本实用新型专利技术利用简单的3个参考光栅和1个温度传感器来代替价格昂贵的FP标准具作为参考光路，很有效地消除了消除扫描光源的本身蠕变，滞后和漂移使光源输出波长发生变化对解调的精度和准确度的影响。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种光纤光栅解调仪，其特征在于：包括扫描光源(1)、分光比为99:1的耦合器(2)、PLC分路器模块(3)、多个3dB耦合器(4)、光纤光栅阵列(6)、参考光路(7)、数据采集模块(12)、主控板(13)、工控机(17)和显示器(18)，其中，所述参考光路(7)包括第一参考光栅(8)、第二参考光栅(9)、第三参考光栅(10)和温度传感器，温度传感器与主控板连接，第一参考光栅(8)的波长λ2和第二参考光栅(9)的波长λ3靠近系统波长的一端，第三参考光栅(10)的波长λ4靠近系统波长的另一端，且λ4-λ3和λ3-λ2的比例在4:1到7:1之间。与现有技术相比，本技术利用简单的3个参考光栅和1个温度传感器来代替价格昂贵的FP标准具作为参考光路，很有效地消除了消除扫描光源的本身蠕变，滞后和漂移使光源输出波长发生变化对解调的精度和准确度的影响。【专利说明】一种光纤光栅解调仪
本技术涉及一种光纤光栅解调仪。
技术介绍
近年来基于光纤光栅温度和压力传感器测量系统在电力能源、石油化工、轨道交通、隧道桥梁等领域应用十分广泛，成为经济增长的一个亮点，相关技术也成为人们研究的热点。光纤光栅测量技术可以实现远距离的实时测量和监控，且具有测量范围宽，高精度和高稳定度的特点，特别是在强电磁干扰场合或者防爆场合优势尤为明显。传统上，光纤光栅解调技术采用光谱仪，滤色片以及波长计，但这些解调系统存在价格昂贵，体积大等缺点，不适合工程应用。为此人们相继提出许多适合工程应用的解调方法。基于扫描光源的解调方案是目前常见的解调方法之一。扫描光源的解调方法本质上仍是基于可调谐FP技术，在扫描光源FP滤波器上的压电体PZT上加载一定电压，调节PZT腔间隔，从而使扫描光源输出特定的波长。由于压电体PZT结构本身存在蠕变、滞后和漂移等缺点，故解调仪需要有参考光路对解调波长进行修正，以消除这些影响，提高解调系统的准确度。传统的做法是参考光路采用热稳定性良好的FP标准具实现，但FP标准具价格昂贵，只适合实验室原理验证，不适合工程实际应用。同时在多通道应用中，由于每个通道的光栅数量和间隔不一样，导致光栅反射回来的信号大小不一样，如何使光栅信号检测电路具有通用性和兼容性以适应不同通道的要求也是解调方案需要研究的内容，目前从公布的现有技术来看还没有很好的解决办法。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种光纤光栅解调仪，该解调仪方案能消除由于扫描光源本身蠕变、滞后和漂移使波长解调结果产生影响，从而正确解调出波长数据。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为:该光纤光栅解调仪，其特征在于:包括扫描光源、分光比为99:1的稱合器、PLC分路器模块、多个3dB稱合器、光纤光栅阵列、参考光路、数据采集模块、主控板、工控机和显示器，其中扫描光源的电源输入端与主控板连接，扫描光源在主控板输出的扫描电压控制下输出光信号，扫描光源输出的光信号通过耦合器的A端进入，耦合器的B端为分光比中99的部分，耦合器的C端为分光比I中I的部分，耦合器的B端接PLC分路器模块，耦合器的C端进入参考光路，PLC分路器模块的各通道输出端分别通过一个3dB耦合器后进入光纤光栅阵列，光纤光栅阵列中光纤光栅反射回来的信号依次通过与其连接的3dB耦合器传到数据采集模块，参考光路的输出端也与数据采集模块连接，数据采集模块与主控板连接，主控板与工控机连接，工控机与显示器连接；其中，所述参考光路包括第一参考光栅、第二参考光栅、第三参考光栅和温度传感器，温度传感器与主控板连接，上述三个参考光栅的波长需要满足一定要求，才能对扫描光源进行修正和补偿，以消除扫描光源漂移，蠕变对系统测量精度和稳定性的影响，同时也可补偿扫描光源的非线性。系统选取的光栅信号波段范围在λ I到λ 5之间,则要求扫描光源的波长扫描范围总是在λ I到λ 5之间，使解调系统不遗漏光栅，保证系统工作的稳定性，参考光栅选取准则:第一参考光栅的波长λ 2和第二参考光栅的波长λ 3靠近系统波长的一端λ I,第三参考光栅的波长λ 4靠近系统波长的另一端λ 5,且λ4_λ3和λ3_λ2的比例在4:1到7:1之间。作为优选，取入2和入3靠近入1，入4靠近入5，λ 4-λ 3波长差和λ 3- λ 2的波长差比值为5:1。为保证参考光路的相对稳定性，需要3个参考光栅具有相同温度。本方案放弃复杂的温度控制电路的实现方式，而采用简单的结构设计来实现这一功能，实现方式为:第一参考光栅、第二参考光栅、第三参考光栅和温度传感器均设置在一铝块内，该铝块上开有U型槽，三个参考光栅和温度传感器互相紧靠设置在该U型槽中，同时U型槽内的缝隙内设置导热硅胶固定，铝块上加有铝板密封。实际测试表明，采用这种结构三个光栅之间的温度误差小于0.1摄氏度，能满足工业场合的要求。所述PLC分路器模块由九个1X8PLC分路器组成，其中耦合器的B端与其中一个1X8PLC分路器的输入端连接，该1X8PLC分路器的八个输出端分别与剩下的八个1X8PLC分路器的输入端连接。实际使用中可根据通道数量合理调整1X8PLC分路器的数量，配置成所需通道，这边需要说明的是，当组合64个通道时，由于系统采集系统最大只支持64通道(包含I路参考通道)故实际只能使用其中的63个通道，I个为备用通道。所述数据采集模块用于实现对光栅原始信号波峰的提取与中心波长解析，包括16块数据采集板，每块数据采集板121均包括有4个光路通道、一块采集板CPU和R232接口电路，每个光路通道均设有PIN 二极管、自动增益控制电路和模数转换器，4个光路通道的模数转换器与采集板CPU连接，同时采集板CPU还与自动增益控制电路连接，然后采集板CPU通过R232接口电路与主动板连接。每块数据采集板可通过该数据采集板上的拨位开关设置该数据采集板地址，采集板CPU对每个光路通道的自动增益控制电路进行自动控制。采集板CPU采用主频在72ΜΗΖ以上的单片机，模数转换器为采样率在IM以上的12位模数转换器。数据采集模块对自动增益控制电路的放大倍数进行实时调整，每一次完整的扫描过程，采集板CPU对模数转换器采样的光纤光栅信号的幅值进行检测，若最大值超过模数转换器参考值的0.9倍，则相应减小自动增益控制电路的放大倍数；若最大值小于模数转换器参考值的0.5倍，则相应增大自动增益控制电路的放大倍数。采用AGC电路的放大倍数进行实时调整，有利于增强硬件对各个通道的通用性和兼容性，不会因为各个通道的光栅数量不一致，距离和长度不一致，导致信号的大小各不相同，硬件需要针对每个通道单独设计放大倍数的弊端。所述主控板包括:放大及驱动电路、数模转换电路和主控板CPU，主控板CPU与数模转换电路的输入端连接，数模转换电路的输出端与放大及驱动电路的输入端连接，放大及驱动电路的输出端与扫描光源连接。主控板CPU采用主频在72MHZ以上的单片机，数模转换电路为16位数模转换器，主控板与数据采集模块采用板卡式连接方式，具体为接插件连接方式，通信接口为RS232，主控板通过定时查询和中断组合的方式实现I对多通讯，上电后主控板自动完成对数据采集模块的自动识别，识别地址为每块采集板拨位开关的地址。所述扫描光源的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅解调仪，其特征在于：包括扫描光源(1)、分光比为99:1的耦合器(2)、PLC分路器模块(3)、多个3dB耦合器(4)、光纤光栅阵列(6)、参考光路(7)、数据采集模块(12)、主控板(13)、工控机(17)和显示器(18)，其中扫描光源(1)的电源输入端与主控板(13)连接，扫描光源(1)在主控板(13)输出的扫描电压控制下输出光信号，扫描光源(1)输出的光信号通过耦合器(2)的A端进入，耦合器(2)的B端为分光比中99的部分，耦合器(2)的C端为分光比1中1的部分，耦合器(2)的B端接PLC分路器模块(3)，耦合器(2)的C端进入参考光路(7)，PLC分路器模块(3)的各通道输出端分别通过一个3dB耦合器(4)后进入光纤光栅阵列(6)，光纤光栅阵列(6)中光纤光栅反射回来的信号依次通过与其连接的3dB耦合器(4)传到数据采集模块(12)，参考光路(7)的输出端也与数据采集模块(12)连接，数据采集模块(12)与主控板(13)连接，主控板(13)与工控机(17)连接，工控机(17)与显示器(18)连接； 其中，所述参考光路(7)包括第一参考光栅(8)、第二参考光栅(9)、第三参考光栅(10)和温度传感器，温度传感器与主控板连接，第一参考光栅(8)的波长λ2和第二参考光栅(9)的波长λ3靠近系统波长的一端，第三参考光栅(10)的波长λ4靠近系统波长的另一端，且λ4‑λ3和λ3‑λ2的比例在4:1到7:1之间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王杨峰，夏旭鹏，韦冬青，潘建懿，陈绪英，
申请(专利权)人：宁波振东光电有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33