分组同步式光纤传感分析仪制造技术

一种分组同步式光纤传感分析仪，由光源、光开关、光同步分路器、波长参考模块、光强参考模块、光电探测放大器、多通道同步数据采集器和嵌入式处理器组成。光源光信号经光开关依次切换到多个光同步分路器，每个光同步分路器均与参考模块和一组光纤传感器连接，光纤传感器将入射光转换成表征待测物理量的光信号并输出到光电探测放大器。光电探测放大器将光纤传感器和参考模块各自输出的光信号转换为电压信号，通过分组切换电子开关切换接入到多通道同步数据采集器完成模数转换，模数转换后的数字信号通过嵌入式处理器计算得到实际测量值。嵌入式处理器控制光开关和分组切换电子开关的同步切换，从而实现大规模光纤传感器的分组同步式分析解调。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及物理领域，尤其涉及光传感技术，特别是一种分组同 步式光纤传感分析仪。技术背景随着密集波分复用DWDM技术、掺铒光纤放大器EDFA技术和光时 分复用OTDM技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量 通信系统的方向发展，并且逐步向全光网络演进。其中，光纤传感器因为 在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度、长距离传输等方面具有巨大的技术优势， 得到了广泛应用。光纤光栅传感技术和光纤微机电(MEMS)传感技术是两个典型的光 纤传感器技术。光纤光栅传感技术以在单模石英光纤上照射制作的敏感栅区作为敏感 单元，其感测过程可通过外界参量对光纤光栅中心波长或带宽的调制来实 现，波长调制(或波长编码)代表着新一代光传感器的发展方向。光纤光栅 因具有制作简单、稳定性好、体积小、抗电磁干扰、使用灵活、易于同光 纤集成及可构成网络等诸多优点，被广泛应用于桥梁、大坝、大型建筑、 石化、电力、钢铁、核工业、飞机船舶制造、医疗等多种场合。光纤微机电(MEMS)传感技术则是将采用MEMS微加工工艺的敏感 结构与光纤传感信号检测技术相结合，通过加工尺度为微纳米级的敏感结 构将温度、应变、压力、振动、流量、气体成分等多种物理、化学量调制 成易于远距离传输并不受电磁干扰的光纤信号，具有高灵敏度、体积小、 批量生产、成本低的优点，可以广泛应用于电力、石油化工、工业控制、 航空航海、土木工程、安全防卫等领域。光纤光栅传感技术和光纤微机电传感技术都需要利用传感分析仪实现大容量、高精度的信号解调，以实现光纤传感器信号传输距离远、信息容 量大、成本低的优势。光纤传感分析仪是光纤传感系统中的关键设备，用 于完成对光纤传感器的输入光信号激励和输出信号检测，最终将光纤传感 器输出的携带待测物理量信息的光信号转换成为易于直观读取、显示、存 储、传送的数字信号。现有技术中，光纤传感分析仪由光源(通常为波长 调制光源，也可为非调制光源)、光分路器、光电转换放大器、数据采集器 和处理器等构成，其光源功率有局限，高速的高精度同步数据采集器通道 数量也有局限，不利于实现容量扩展。现有的光纤光栅解调仪所采用的解 调原理主要有匹配光纤光栅滤波法、边缘滤波法、非平衡扫描迈克尔逊干 涉法、可调谐F-P滤波法、可调谐窄带光源法以及衍射法等等，扩展容量(也即增加测量通道数量)的方法大都是增加光开关的方式实现，因此， 现有光纤光栅解调仪最大能扩展的通道数直接取决于光开关能达到的通道 数，目前商用化的具有上亿次切换寿命的光开关通道数一般不超过32，每通道的售价约为200美元左右，因此直接采用光开关进行通道数扩展的方法成本较高，而且随着光开关通道数的增加光开关的插入损耗也直线增加， 从而导致光纤传感分析仪与光纤传感器之间的有效传输距离降低，更为重 要的是，光开关各通道之间的切换时间及稳定时间通常会使光纤传感分析 仪各通道之间的时延增大，影响多通道数据采集的时间同步性。例如，用 于桥梁等土木工程结构或发电机等大型机械设备振动测试分析时，通常需 要对数十个振动传感器进行同步信号采集和分析，直接借助光开关进行多 通道扩展的方式难以满足对光纤传感分析仪测量实时性的要求。此外，在 实际工程应用中，还往往需要借助多种光纤传感器，如温度、应变、压力、 振动、流量、气体成分等多种物理、化学量，进行组合使用才能实现对被 监测或检测对象性能状况的准确评估，例如，大跨度桥梁结构安全监测系 统中，除使用数百只光纤光栅应变计进行关键受力部位的应力变形监测外， 通常还会用到光纤微机电加速度传感器对桥梁结构整体的振动模态进行分析。而现有的光纤传感分析仪不能同时接入多种类型光纤传感器，也不具备诊断分析能力。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种分组同步式光纤传感分析仪，所述的 这种分组同步式光纤传感分析仪要解决现有技术中光纤传感分析仪信号采 集通道有局限、不能同时接入多种类型光纤传感器、不具备诊断分析能力 的技术问题。本技术的这种分组同步式光纤传感分析仪由光源、iXn光开关、 n个光同步分路器、至少l个参考模块、nX (m+l)路光电探测放大器、 nX (m+l)选(m+l)分组切换电子开关、(m+l)通道同步数据采集器 和嵌入式处理器组成，所述的iXn光开关具有i路输入通道和n路输出通 道，i、 n和m均为正整数，其中，任意一个所述的光同步分路器均与m路 光纤传感通道连接，，任意一路所述的光纤传感通道中均至少设置有一个光 纤传感器组，任意一个所述的光纤传感器组中均至少设置有-一个光纤传感 器，任意一个光同步分路器均至少与1个所述的参考模块连接，任意一个 光同步分路器的输出端均各自与所述的nX (m+l)路光电探测放大器中 的一个输入通道连接，任意一个所述的参考模块均与nX (m+l)路光电 探测放大器中的一个输入通道连接，nX (m+l)路光电探测放大器的任意 一个输出端均各自与所述的nX (m+l)选(m+l)分组切换电子开关的 一个输入端连接，nX (m+l)选(m+l)分组切换电子开关的任意一个输 出端均各自与所述的(m+l)通道同步数据采集器的一个输入端连接，(m + 1)通道同步数据采集器的输出端与所述的嵌入式处理器连接，所述的光 源输出的光信号通过所述的iXn光开关依次切换到n个光同步分路器，利用光纤传感器将各自入射光转换成代表待测物理量的反射光或透射光并输 出到nX (m+l)路光电探测放大器，nX (m+l)路光电探测放大器将光 纤传感器和参考模块各自输出的光信号转换为标准电压信号，通过nX (m+ 1)选(m+l)分组切换电子开关将当前时刻光电探测放大器中有效的m 路传感信号和1路参考信号接入到(m+l)通道同步数据采集器，利用(m+l) 通道同步数据采集器完成模/数转换，(m+l)通道同步数据采集器输出的数 字信号送入嵌入式处理器，嵌入式处理器经过计算得到对应的光纤传感器 的实际测量值，嵌入式处理器控制iXn光开关和nX (m+l)选(m+l) 分组切换电子开关的同步切换，依次实现对任意一个光纤传感器组和参考 模块的输出光信号的探测、分析处理。进一步的，所述的光源由i个调制光源和非调制光源构成，或者，光 源由i个调制光源或非调制光源构成，任意一个光源各自均各自连接到i Xn光开关的i个输入端。进一步的，所述的非调制光源是ASE、或者FP激光器、或者SLED，所 述的调制光源是波长调制或时序调制型光源。进一步的，利用i Xn光开关实现i个光源到n个光同步分路器之间的 可选切换。进一步的，nX (m+l)路光电探测放大器和n.X (m+l)选(m+l)分 组切换电子开关连接，将n个光纤传感器组和参考模块的光电转换信号分 时依次切换，送给(m+l)通道同步数据采集器和嵌入式处理器，任意一个 光纤传感器和参考模块均按照波分复用、时分复用的串接方式，或并接方 式，或串/并混合方式连接在m根光纤上，参考模块占用l个独立的光纤通 道。进一步的，任意一个光纤传感器组和参考模块的(m+l)路光输入信号 均通过光源经iXn光开关切换后输入到光同步分路器进行IX (m+l)分光后获取。进一步的，任意一个光纤传感器组和参考模块的输出光信号均经过n X (m+l)路光电探测放大器转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分组同步式光纤传感分析仪，由光源、ｉ×ｎ光开关、ｎ个光同步分路器、至少１个参考模块、ｎ×（ｍ＋１）路光电探测放大器、ｎ×（ｍ＋１）选（ｍ＋１）分组切换电子开关、（ｍ＋１）通道同步数据采集器和嵌入式处理器组成，所述的ｉ×ｎ光开关具有ｉ路输入通道和ｎ路输出通道，ｉ、ｎ和ｍ均为正整数，其特征在于：任意一个所述的光同步分路器均与ｍ路光纤传感通道连接，任意一路所述的光纤传感通道中均至少设置有一个光纤传感器组，任意一个所述的光纤传感器组中均至少设置有一个光纤传感器，任意一个光同步分路器均至少与１个所述的参考模块连接，任意一个光同步分路器的输出端均各自与所述的ｎ×（ｍ＋１）路光电探测放大器中的一个输入通道连接，任意一个所述的参考模块均与ｎ×（ｍ＋１）路光电探测放大器中的一个输入通道连接，ｎ×（ｍ＋１）路光电探测放大器的任意一个输出端均各自与所述的ｎ×（ｍ＋１）选（ｍ＋１）分组切换电子开关的一个输入端连接，ｎ×（ｍ＋１）选（ｍ＋１）分组切换电子开关的任意一个输出端均各自与所述的（ｍ＋１）通道同步数据采集器的一个输入端连接，（ｍ＋１）通道同步数据采集器的输出端与所述的嵌入式处理器连接，所述的光源通过所述的ｉ×ｎ光开关与ｎ个光同步分路器连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟少龙，吴亚明，
申请(专利权)人：上海前所光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]