本发明专利技术公开了一种多通道高精度光纤光栅传感器解调装置，采用光开关、分束器和合束器相结合的方式，在不增加甚至减少光电探测器、信号放大和AD采集通道数量的前提下，增加了光纤光栅传感器通道数量，实现了大容量多通道高精度光纤光栅解调；通过TEC温控模块对可调谐滤波器和标准具进行温度控制，降低了温度对可调谐滤波器输出波长非线性影响和温度对标准具梳状谱线偏移的影响，提高了光纤光栅解调装置的解调精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤光栅传感
，具体涉及一种多通道高精度光纤光栅传感器解调装置,可用于各种机遇光纤光栅的应变、温度和加速度等光纤光栅传感器的解调，可应用于航天、航空、石化、土木等场合。
技术介绍
光纤光栅传感系统具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强和耐腐蚀能力强等优点，并且基于光纤光栅传感的应变传感器测量结果不会随时间漂移，易于制作以及埋入或置于航天器、飞机等关键结构内部或表面，实现应变、温度和加速度等多种物理量的测量。相比传感器电传感器系统，该技术在强电磁干扰、热真空或辐照等严酷环境下更具有优势。尽管现有的光纤光栅传感系统在常温条件下能够多通道高精度的解调出光纤光栅传感器的波长，但当工作温度快速变化时会影响光学器件的性能，进而影响波长解调精度。因此传感系统中需要根据应用需求对关键的光学器件进行温度控制，保证解调系统的解调精度。一种可行的办法是采用TEC温控系统对可调谐滤波器和标准具分别进行温度控制，解决温度快速变化引起可调谐滤波器输出波长非线性和温度引起标准具输出波长偏移的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种多通道高精度光纤光栅传感解调装置，采用TEC温控技术，保证可调谐滤波器能够在不同温度环境下线性输出波长以及标准具工作在恒温环境下输出准确的疏状谱线，光纤光栅解调装置能够准确
的解调出光纤光栅传感器的波长，实现航天器、飞机等关键结构的应变、温度和加速度等状态信息的多通道高精度测量。一种光纤光栅传感器解调装置，包括可调谐光源、并行探测模块以及数据处理控制模块；其中，所述可调谐光源包括泵浦激光器、第一光纤耦合器、第一波分复用器、第一掺铒光纤、TEC温控模块、可调谐滤波器、第二波分复用器、第二掺铒光纤以及滤波器；所述并行探测模块包括耦合器、1×N光开关、1×M分束器、标准具、TEC温控模块、光纤环形器以及N×1合束器；所述泵浦激光器输出波长为980nm的激光，输出光功率为200mW～400mW；所述第一光纤耦合器把泵浦激光器输出的激光均分成两束光；所述第一波分复用器将第一光纤耦合器输出的其中一束光耦合进入第一掺铒光纤；所述第一掺铒光纤将耦合进入的980nm激光进行展宽，输出波长为1525nm～1565nm的宽带光；所述可调谐滤波器从所述宽带光中滤出窄带光信号，使输出激光为波长范围在1525nm～1565nm内连续变化的单一波长的窄带光，且输出窄带光的3dB带宽在100pm～220pm之间；第二波分复用器接收从第一光纤耦合器输出的980nm激光以及从可调谐滤波器输出的窄带光，并将两束光耦合进入第二掺铒光纤；所述第二掺铒光纤将980nm激光作为泵源光，对输入的窄带光进行功率放大，提高输出光功率；所述第二增益平坦滤波器对从第二掺铒光纤输出的激光的光功率的平坦度
进行处理，使得输出光功率在20mW～40mW之间；所述滤波器将从第二增益平坦滤波器输出的激光中的980nm激光滤除；所述第二光纤耦合器将从所述滤波器输出的激光分成两束：一束光送入标准具，另一束光送入1×N光开关；所述标准具对从第二光纤耦合器各时刻输出的窄带光的波长进行识别；所述1×N光开关将从第二光纤耦合器输出的另一束窄带光分成N束，并分别送入与1×N光开关的N个通道一一对应的1×M分束器中；N个所述1×M分束器的每个输出通道接一个光纤环形器；每个光纤环形器的端口1接1×M分束器，端口2接传感器阵列，端口3接N×1合束器；光纤环形器将从1×M分束器接收的窄带光送至光栅传感器阵列，并接收从光栅传感器阵列反射的光信号，通过端口3输出至N×1合束器；所述N×1合束器的N个合束通道与1×N光开关的N个分束通道一一对应，其中，N×1合束器的一个通道只接收N个1×M分束器中编号相同通道的反射光，N×1合束器的不同通道接收N个1×M分束器中编号不同通道的反射光；N×1合束器对接收的光合束后，送入数据处理控制模块；所述数据处理控制模块控制1×N光开关中各通道的开启或关闭，且同时只开启一个光开关；数据处理控制模块对从标准具出射的窄带光进行光电探测、信号放大和AD采样，记录接收到的各波长窄带光的时刻，形成波长-时刻曲线；同时对从合束器各通道输出的反射光分别进行光电探测、信号放大和AD采样，并记录接收到反射光的时刻，根据所述波长-时刻曲线，找到反射光时刻对应的波长，即为光栅传感器的中心波长，并计算出光栅传感器对应的被测对象的应变、温度和加速度信息，实现传感器的解调。进一步的，所述可调谐光源模块中还包括第一光隔离器，设置于第一参铒
光纤输出端与第一增益平坦滤波器的输入端之间，防止从泵浦激光器输出的光反射回泵浦激光器。进一步的，所述可调谐光源模块中还包括TEC温控模块，用于采集所述可调谐滤波器的温度，并控制可调谐滤波器的温度缓慢变为常温，变温速度≤0.5℃/(10分钟)。进一步的，所述可调谐光源模块中还包括第二光隔离器，设置于第二参铒光纤输出端与所述滤波器的输入端之间，防止从泵浦激光器输出的光反射回泵浦激光器。进一步的，所述并行探测模块还包括TEC温控模块，用于采集标准具的温度，并控制标准具的温度在20秒内变为常温。较佳的，所述N的取值为2、4、8、16或32。较佳的，所述M值选取2、4、8或16。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术采用光开关、分束器和合束器相结合的方式，在不增加甚至减少光电探测器、信号放大和AD采集通道数量的前提下，增加了光纤光栅传感器通道数量，实现了大容量多通道高精度光纤光栅解调。(2)通过TEC温控模块对可调谐滤波器和标准具进行温度控制，降低了温度对可调谐滤波器输出波长非线性影响和温度对标准具梳状谱线偏移的影响，提高了光纤光栅解调装置的解调精度。附图说明图1为本专利技术的多通道高精度光纤光栅传感解调装置的结构框图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术的多通道高精度光纤光栅传感解调装置，如图1所示，包括大功率可调谐光源、并行探测模块、数据处理控制模块。其中：大功率可调谐光源包括泵浦激光器、耦合器、TEC温控模块、两个掺铒光纤、两个波分复用器、光隔离器、可调谐滤波器、增益平坦滤波器以及滤波器；输出波长1525nm～1565nm，输出功率20mW～40mW；并行探测模块包括耦合器、1×N光开关、1×M分束器、标准具、TEC温控模块、光纤环形器、N×1合束器，实现光路的分束和合束作用；数据处理控制模块包括信号放大和高速AD采样模块、数据处理模块和控制模块。泵浦激光器：输出波长为980nm左右的激光，输出光功率200mW～400mW；光纤耦合器1：把980nm的激光分成50:50两束光；波分复用器1：把光耦合进入掺铒光纤1；掺铒光纤1：把980nm光波长展宽，输出波长为1525～1565nm宽带光；光隔离器1：防止从泵浦激光器输出的光反射回泵浦激光器，减少对泵浦激光器的损伤；增益平坦滤波器1：降低1525～1540nm部分光功率，提高可调谐光源的平坦度，有利于数据处理模块信号处理；可调谐滤波器：从第一增益平坦滤波器输出的激光中滤出窄带光信号，通过对其驱动电压的调节，输出波长范围在1525nm～1565nm连续变化的单一波长的窄带光，可调谐滤波器输出光的3dB带宽在100pm～220pm本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光纤光栅传感器解调装置，其特征在于，包括可调谐光源、并行探测模块以及数据处理控制模块；其中，所述可调谐光源包括泵浦激光器、第一光纤耦合器、第一波分复用器、第一掺铒光纤、TEC温控模块、可调谐滤波器、第二波分复用器、第二掺铒光纤以及滤波器；所述并行探测模块包括耦合器、1×N光开关、1×M分束器、标准具、TEC温控模块、光纤环形器以及N×1合束器；所述泵浦激光器输出波长为980nm的激光，输出光功率为200mW～400mW；所述第一光纤耦合器把泵浦激光器输出的激光均分成两束光；所述第一波分复用器将第一光纤耦合器输出的其中一束光耦合进入第一掺铒光纤；所述第一掺铒光纤将耦合进入的980nm激光进行展宽，输出波长为1525nm～1565nm的宽带光；所述可调谐滤波器从所述宽带光中滤出窄带光信号，使输出激光为波长范围在1525nm～1565nm内连续变化的单一波长的窄带光，且输出窄带光的3dB带宽在100pm～220pm之间；第二波分复用器接收从第一光纤耦合器输出的980nm激光以及从可调谐滤波器输出的窄带光，并将两束光耦合进入第二掺铒光纤；所述第二掺铒光纤将980nm激光作为泵源光，对输入的窄带光进行功率放大，提高输出光功率；所述第二增益平坦滤波器对从第二掺铒光纤输出的激光的光功率的平坦度进行处理，使得输出光功率在20mW～40mW之间；所述滤波器将从第二增益平坦滤波器输出的激光中的980nm激光滤除；所述第二光纤耦合器将从所述滤波器输出的激光分成两束：一束光送入标准具，另一束光送入1×N光开关；所述标准具对从第二光纤耦合器各时刻输出的窄带光的波长进行识别；所述1×N光开关将从第二光纤耦合器输出的另一束窄带光分成N束，并分别送入与1×N光开关的N个通道一一对应的1×M分束器中；N个所述1×M分束器的每个输出通道接一个光纤环形器；每个光纤环形器的端口1接1×M分束器，端口2接传感器阵列，端口3接N×1合束器；光纤环形器将从1×M分束器接收的窄带光送至光栅传感器阵列，并接收从光栅传感器阵列反射的光信号，通过端口3输出至N×1合束器；所述N×1合束器的N个合束通道与1×N光开关的N个分束通道一一对应，其中，N×1合束器的一个通道只接收N个1×M分束器中编号相同通道的反射光，N×1合束器的不同通道接收N个1×M分束器中编号不同通道的反射光；N×1合束器对接收的光合束后，送入数据处理控制模块；所述数据处理控制模块控制1×N光开关中各通道的开启或关闭，且同时只开启一个光开关；数据处理控制模块对从标准具出射的窄带光进行光电探测、信号放大和AD采样，记录接收到的各波长窄带光的时刻，形成波长‑时刻曲线；同时对从合束器各通道输出的反射光分别进行光电探测、信号放大和AD采样，并记录接收到反射光的时刻，根据所述波长‑时刻曲线，找到反射光时刻对应的波长，即为光栅传感器的中心波长，并计算出光栅传感器对应的被测对象的应变、温度和加速度信息，实现传感器的解调。...
【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅传感器解调装置，其特征在于，包括可调谐光源、并行探测模块以及数据处理控制模块；其中，所述可调谐光源包括泵浦激光器、第一光纤耦合器、第一波分复用器、第一掺铒光纤、TEC温控模块、可调谐滤波器、第二波分复用器、第二掺铒光纤以及滤波器；所述并行探测模块包括耦合器、1×N光开关、1×M分束器、标准具、TEC温控模块、光纤环形器以及N×1合束器；所述泵浦激光器输出波长为980nm的激光，输出光功率为200mW～400mW；所述第一光纤耦合器把泵浦激光器输出的激光均分成两束光；所述第一波分复用器将第一光纤耦合器输出的其中一束光耦合进入第一掺铒光纤；所述第一掺铒光纤将耦合进入的980nm激光进行展宽，输出波长为1525nm～1565nm的宽带光；所述可调谐滤波器从所述宽带光中滤出窄带光信号，使输出激光为波长范围在1525nm～1565nm内连续变化的单一波长的窄带光，且输出窄带光的3dB带宽在100pm～220pm之间；第二波分复用器接收从第一光纤耦合器输出的980nm激光以及从可调谐滤波器输出的窄带光，并将两束光耦合进入第二掺铒光纤；所述第二掺铒光纤将980nm激光作为泵源光，对输入的窄带光进行功率放大，提高输出光功率；所述第二增益平坦滤波器对从第二掺铒光纤输出的激光的光功率的平坦度进行处理，使得输出光功率在20mW～40mW之间；所述滤波器将从第二增益平坦滤波器输出的激光中的980nm激光滤除；所述第二光纤耦合器将从所述滤波器输出的激光分成两束：一束光送入标准具，另一束光送入1×N光开关；所述标准具对从第二光纤耦合器各时刻输出的窄带光的波长进行识别；所述1×N光开关将从第二光纤耦合器输出的另一束窄带光分成N束，并分别送入与1×N光开关的N个通道一一对应的1×M分束器中；N个所述1×M分束器的每个输出通道接一个光纤环形器；每个光纤环形器的端口1接1×M分束器，端口2接传感器阵列，端口3接N×1合束器；光纤环形器将从1×M分束器接收的窄带光送至光栅传感器阵列，并接收从光栅传感器阵列反...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建德，郭春辉，申景诗，石德乐，邵飞，吴士臣，董昊，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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