基于可调谐光滤波器并行扫描的高速光纤光栅解调系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可调谐光滤波器并行扫描的高速光纤光栅解调系统，它包括控制模块、第一数模转换模块、第一半导体光放大器驱动模块、第一功率放大模块、第二数模转换模块、第二半导体光放大器驱动模块、第二功率放大模块、第一路扫频光源模块、第二路扫频光源模块、光耦合器、第一光分路器、第二光分路器、梳妆滤波器、单峰滤波器、第一多路测量光纤光栅和第二多路测量光纤光栅，本发明专利技术突破了可调谐光滤波器扫描速度的限制，提高了光纤光栅解调仪的解调速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤光栅解调
，具体地指一种基于可调谐光滤波器并行扫描的高速光纤光栅解调系统。
技术介绍
光纤光栅具有抗电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、体积小、重量轻、传输损耗小、可实现多点分布式测量、测量范围广等特点，被广泛地应用于民用工程、航空、船舶、电力、石油、建筑物结构健康监测、复杂机械系统动态监测等领域。随着光纤光栅传感技术的不断成熟，已经在科研、生产中逐渐体现出其独特的优势。目前，低速光纤光栅解调系统已经日臻成熟，并越来越多的出现在实际应用中。然而随着光纤光栅传感技术应用的深化与需求的提高，迫切需要高速光纤光栅解调系统。目前，光纤光栅解调方法有可调谐F-P(法布里-珀罗)光滤波器法、匹配光栅解调法、非平衡M-Z(马赫一曾德)干涉解调法等等。在众多光纤光栅解调方案中，基于可调谐F-P光滤波器的高速光纤光栅解调方案具有支持多点多通道复用、波长扫描范围广、波长分辨率高、动态测量精度高、静态测量稳定性强、成本适中等特点，同时目前技术成熟，已在高速光纤光栅解调中得到广泛应用。一般情况下，基于可调谐光滤波器的光纤光栅解调方案解调速度最高可达2～5KHz，解调速度受限于光滤波器的特性(主要是F-P腔的材料特性，F-P腔内部有一个PZT(压电陶瓷)，通过电压可以调节PZT长度从而改变F-P腔长，电压变化频率高以后，压电陶瓷的位移变化频率跟不上电压变化频率)，解调速度很难提高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种基于可调谐光滤波器并行扫描的高速光纤光栅解调系统，该系统能有效地解决可调谐F-P光滤波器等光器件对解调速度的限制，在不降低解调精度和解调范围的前提条件下，提高光纤光栅解调速度。为实现此目的，本专利技术所设计的基于可调谐光滤波器并行扫描的高速光纤光栅解调系统，其特征在于：它包括控制模块、第一数模转换模块、第一半导体光放大器驱动模块、第一功率放大模块、第二数模转换模块、第二半导体光放大器驱动模块、第二功率放大模块、第一路扫频光源模块、第二路扫频光源模块、第一光耦合器、第一光分路器、第二光分路器、梳妆滤波器、单峰滤波器、第一多路测量光纤光栅、第二多路测量光纤光栅，其中，所述控制模块的第一三角波信号输出端通过第一数模转换模块连接第一功率放大模块的输入端，所述第一功率放大模块输出端连接第一路扫频光源模块的可调谐F-P光滤波器驱动端，所述控制模块的第二三角波信号输出端通过第二数模转换模块连接第二功率放大模块的输入端，第二功率放大模块的输出端连接第二路扫频光源模块的可调谐F-P光滤波器驱动端；所述控制模块的第一方波控制信号输出端通过第一半导体光放大器驱动模块连接第一路扫频光源模块的半导体光放大器驱动端，控制模块的第二方波控制信号输出端通过第二半导体光放大器驱动模块连接第二路扫频光源模块的半导体光放大器驱动端；所述第一路扫频光源模块的输出端向第一光耦合器的第一输入端输送第一个完整波长范围的宽带扫频光，所述第二路扫频光源模块的输出端向第一光耦合器的第二输入端输送第二个完整波长范围的宽带扫频光，所述第一个完整波长范围的宽带扫频光在第二个完整波长范围的宽带扫频光的前一个时刻，所述第一光耦合器将第一个完整波长范围的宽带扫频光和第二个完整波长范围的宽带扫频光耦合成具有两倍扫频频率和完整波长范围的宽带扫频光；所述第一光耦合器的输出端分别将具有两倍扫频频率和完整波长范围的宽带扫频光输送到第一光分路器和第二光分路器的输入端，所述第一光分路器的第一输出端连接梳妆滤波器的输入端，所述梳妆滤波器的输出端用于输出一组固定波长的梳妆光，所述第一光分路器的第二输出端连接单峰滤波器的输入端，所述单峰滤波器的输出端用于输出一个峰值波长固定的单峰光，所述第二光分路器的第一输出端连接第一多路测量光纤光栅的输入端，第一多路测量光纤光栅的输出端用于输出光纤光栅的波长信息，所述第二分路器的第二输出端连接第二多路测量光纤光栅的输入端，第二多路测量光纤光栅的输出端用于输出光纤光栅的波长信息；所述单峰滤波器的输出端连接控制模块的反馈信号输入端。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了上述多个可调谐F-P光滤波器并行扫描的方案，采用了多个光滤波器和多个半导体光放大器，通过驱动控制，构成可轮流工作、并行扫描的宽带扫频光源，以此突破可调谐光滤波器扫描速度的限制，提高光纤光栅解调仪的解调速度。相比于传统的基于可调谐F-P光滤波器的光纤光栅解调方案，本专利技术利用两个扫频光源的方案，解决了可调谐F-P光滤波器对光纤光栅解调速度的限制，多个可调谐光滤波器并行扫描将成倍地提高光纤光栅解调速度。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的各部分的波形图。图2中T为时间，λ为波长。其中，1—第一路扫频光源模块、1.1—第一半导体光放大器、1.2—第一光隔离器、1.3—第二光隔离器、1.4—第一可调谐F-P光滤波器、1.5—第三光分路器、2—第二路扫频光源模块、2.1—第二半导体光放大器、2.2—第三光隔离器、2.3—第四光隔离器、2.4—第二可调谐F-P光滤波器、2.5—第四光分路器、3—光耦合器、4—第一光分路器、5—第二光分路器、6—梳妆滤波器、7—单峰滤波器、8—第一多路测量光纤光栅、9—第二多路测量光纤光栅、10—控制模块、11—第一数模转换模块、12—第一半导体光放大器驱动模块、13—第一功率放大模块、14—第二数模转换模块、15—第二半导体光放大器驱动模块、16—第二功率放大模块。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：如图1所示基于可调谐光滤波器并行扫描的高速光纤光栅解调系统，它包括控制模块10、第一数模转换模块11、第一半导体光放大器驱动模块12、第一功率放大模块13、第二数模转换模块14、第二半导体光放大器驱动模块15、第二功率放大模块16、第一路扫频光源模块1、第二路扫频光源模块2、第一光耦合器3、第一光分路器4、第二光分路器5、梳妆滤波器6、单峰滤波器7、第一多路测量光纤光栅8、第二多路测量光纤光栅9，其中，所述控制模块10的第一三角波信号输出端通过第一数模转换模块11连接第一功率放大模块13的输入端，所述第一功率放大模块13输出端连接第一路扫频光源模块1的可调谐F-P光滤波器驱动端，所述控制模块10的第二三角波信号输出端通过第二数模转换模块14连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可调谐光滤波器并行扫描的高速光纤光栅解调系统，其特征在于：它包括控制模块(10)、第一数模转换模块(11)、第一半导体光放大器驱动模块(12)、第一功率放大模块(13)、第二数模转换模块(14)、第二半导体光放大器驱动模块(15)、第二功率放大模块(16)、第一路扫频光源模块(1)、第二路扫频光源模块(2)、第一光耦合器(3)、第一光分路器(4)、第二光分路器(5)、梳妆滤波器(6)、单峰滤波器(7)、第一多路测量光纤光栅(8)、第二多路测量光纤光栅(9)，其中，所述控制模块(10)的第一三角波信号输出端通过第一数模转换模块(11)连接第一功率放大模块(13)的输入端，所述第一功率放大模块(13)输出端连接第一路扫频光源模块(1)的可调谐F‑P光滤波器驱动端，所述控制模块(10)的第二三角波信号输出端通过第二数模转换模块(14)连接第二功率放大模块(16)的输入端，第二功率放大模块(16)的输出端连接第二路扫频光源模块(2)的可调谐F‑P光滤波器驱动端；所述控制模块(10)的第一方波控制信号输出端通过第一半导体光放大器驱动模块(12)连接第一路扫频光源模块(1)的半导体光放大器驱动端，控制模块(10)的第二方波控制信号输出端通过第二半导体光放大器驱动模块(15)连接第二路扫频光源模块(2)的半导体光放大器驱动端；所述第一路扫频光源模块(1)的输出端向第一光耦合器(3)的第一输入端输送第一个完整波长范围的宽带扫频光，所述第二路扫频光源模块(2)的输出端向第一光耦合器(3)的第二输入端输送第二个完整波长范围的宽带扫频光，所述第一个完整波长范围的宽带扫频光在第二个完整波长范围的宽带扫频光的前一个时刻，所述第一光耦合器(3)将第一个完整波长范围的宽带扫频光和第二个完整波长范围的宽带扫频光耦合成具有两倍扫频频率和完整波长范围的宽带扫频光；所述第一光耦合器(3)的输出端分别将具有两倍扫频频率和完整波长范围的宽带扫频光输送到第一光分路器(4)和第二光分路器(5)的输入端，所述第一光分路器(4)的第一输出端连接梳妆滤波器(6)的输入端，所述梳妆滤波器(6)的输出端用于输出一组固定波长的梳妆光，所述第一光分路器(4)的第二输出端连接单峰滤波器(7)的输入端，所述单峰滤波器(7)的输出端用于输出一个峰值波长固定的单峰光，所述第二光分路器(5)的第一输出端连接第一多路测量光纤光栅(8)的输入端，第一多路测量光纤光栅(8)的输出端用于输出光纤光栅的波长信息，所述第二光分路器(5)的第二输出端连接第二多路测量光纤光栅(9)的输入端，第二多路测量光纤光栅(9)的输出端用于输出光纤光栅的波长信息；所述单峰滤波器(7)的输出端连接控制模块(10)的反馈信号输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于可调谐光滤波器并行扫描的高速光纤光栅解调系
统，其特征在于：它包括控制模块(10)、第一数模转换模块(11)、
第一半导体光放大器驱动模块(12)、第一功率放大模块(13)、第
二数模转换模块(14)、第二半导体光放大器驱动模块(15)、第二
功率放大模块(16)、第一路扫频光源模块(1)、第二路扫频光源模
块(2)、第一光耦合器(3)、第一光分路器(4)、第二光分路器(5)、
梳妆滤波器(6)、单峰滤波器(7)、第一多路测量光纤光栅(8)、
第二多路测量光纤光栅(9)，其中，所述控制模块(10)的第一三
角波信号输出端通过第一数模转换模块(11)连接第一功率放大模
块(13)的输入端，所述第一功率放大模块(13)输出端连接第一
路扫频光源模块(1)的可调谐F-P光滤波器驱动端，所述控制模块
(10)的第二三角波信号输出端通过第二数模转换模块(14)连接
第二功率放大模块(16)的输入端，第二功率放大模块(16)的输
出端连接第二路扫频光源模块(2)的可调谐F-P光滤波器驱动端；
所述控制模块(10)的第一方波控制信号输出端通过第一半导
体光放大器驱动模块(12)连接第一路扫频光源模块(1)的半导体
光放大器驱动端，控制模块(10)的第二方波控制信号输出端通过
第二半导体光放大器驱动模块(15)连接第二路扫频光源模块(2)
的半导体光放大器驱动端；
所述第一路扫频光源模块(1)的输出端向第一光耦合器(3)
的第一输入端输送第一个完整波长范围的宽带扫频光，所述第二路
扫频光源模块(2)的输出端向第一光耦合器(3)的第二输入端输
送第二个完整波长范围的宽带扫频光，所述第一个完整波长范围的
宽带扫频光在第二个完整波长范围的宽带扫频光的前一个时刻，所
述第一光耦合器(3)将第一个完整波长范围的宽带扫频光和第二个
完整波长范围的宽带扫频光耦合成具有两倍扫频频率和完整波长范
围的宽带扫频光；
所述第一光耦合器(3)的输出端分别将具有两倍扫频频率和完
整波长范围的宽带扫频光输送到第一光分路器(4)和第二光分路器
(5)的输入端，所述第一光分路器(4)的第一输出端连接梳妆滤
波器(6)的输入端，所述梳妆滤波器(6)的输出端用于输出一组
固定波长的梳妆光，所述第一光分路器(4)的第二输出端连接单峰
滤波器(7)的输入端，所述单峰滤波器(7)的输出端用于输出一
个峰值波长固定的单峰光，所述第二光分路器(5)的第一输出端连
接第一多路测量光纤光栅(8)的输入端，第一多路测量光纤光栅(8)
的输出端用于输出光纤光栅的波长信息，所述第二光分路器(5)的
第二输出端连接第二多路测量光纤光栅(9)的输入端，第二多路测
量光纤光栅(9)的输出端用于输出光纤光栅的波长信息；
所述单峰滤波器(7)的输出端连接控制模块(10)的反馈信号
输入端。
2.根据权利要求1所述的基于可调谐光滤波器并行扫描的高速
光纤光栅解调系统，其特征在于：所述第一路扫频光源模块(1)包
括第一半导体光放大器(1.1)、第一光隔离器(1.2)、第二光隔离器
(1.3)、第一可调谐F-P光滤波器(1.4)和第三光分路器(1.5)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泉，李政颖，王一鸣，徐智强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42