一种超弱光纤光栅波长解调模块制造技术

一种超弱光纤光栅波长解调模块，包括壳体，壳体内设有激光脉冲发生器、光学线路单元、嵌入式板卡，嵌入式板卡分别连接激光脉冲发生器、光学线路单元，激光脉冲发生器连接光学线路单元。激光脉冲发生器，用于产生波长重复变化的激光脉冲。光学线路单元，用于对激光脉冲进行放大并输出，接收被测对象返回的光信号并完成光电转换后输出。嵌入式板卡，用于对所述激光脉冲发生器进行指令和参数设置，对所述光学线路单元进行配置；嵌入式板卡，用于光栅定位及波长实时解析，输出超弱光栅的波长及位置信息。本发明专利技术采用脉冲式波长扫描激光器取代光源和光调制器，对光学线路进行集成设计，简化了系统结构，大幅降低了解调仪的功耗和体积，提升了解调速度。提升了解调速度。提升了解调速度。

【技术实现步骤摘要】
一种超弱光纤光栅波长解调模块


[0001]本专利技术涉及光纤光栅传感领域，具体涉及一种超弱光纤光栅波长解调模块。

技术介绍

[0002]光纤光栅传感器由于其精度高、轻便、耐腐蚀、抗电磁干扰等一系列优点已被广泛应用于结构安全、安防监测等场合。超弱光纤光栅（以下简称“超弱光栅”）是对反射率低于0.1%光栅的统称，其单波长上可复用数千个光栅，极大地提升了光纤光栅的复用容量。随着超弱光栅的大规模制备技术成熟及普及，其大容量、高强度、制作简单等优势逐渐获得认可，在土木工程、轨道交通、火灾报警中获得迅速推广。
[0003]由于超弱光栅反射率极低，传统光纤光栅解调仪的光源功率低，经超弱光栅反射后信号微弱，这给波长解调带来困难。此外，大规模的超弱光纤光栅阵列时分复用后，如何对不同位置的超弱光栅进行精确定位也是一大难点。
[0004]中国专利“大容量弱光栅传感网络高速解调方法和装置（专利号：201410078296.9）”利用不同波长的光在色散补偿光纤中延时不同将单个脉冲中的不同波长进行区分，实现全同弱光栅的解调。但其装置需要利用较长的色散补偿光纤，采用高性能X86计算机进行高速计算，解调装置体积大，结构复杂成本高，低功耗和小型化困难。
[0005]中国专利“一种极弱光纤光栅传感系统及其查询方法（专利号：201210391578.5）”、中国专利“超大容量时分波分光纤光栅传感系统及其查询方法（专利号：201210390000.8）”、中国专利“弱光栅检测装置及其检测方法（专利号：201310295211.8）”主要是利用两个高速光开关对不同位置的弱光栅进行筛选，同时实现了弱光栅的精确定位。但该装置采用CCD光谱仪进行信号采集，需要配合X86计算机进行信号处理和解调，接口数据传输量大，效率不高，且核心模块依赖进口。
[0006]目前，底层数据采集+X86计算机处理是超弱光栅解调系统的主流技术方案，但存在数据掉包以及传输速度要求高等问题，系统的实时性差，整机的体积和功耗居高不下，难以满足野外或复杂工程环境监测的需要。此外，传统的超弱光栅解调装置多采用分立元件搭建，器件数量多，光纤与电缆交叉，连接可靠性差。
[0007]随着智能物联网技术的大规模推广，亟需一款体积小、功耗低且性能强大的超弱光栅解调模块，能够适应野外及各种复杂的工程应用场景。

技术实现思路

[0008]针对现有的解调设备解调速度慢，体积大、功耗高，无法满足工程应用场景的问题。本专利技术提出了一种超弱光纤光栅波长解调模块，该解调模块以嵌入式系统为核心开发嵌入式板卡，将光源和光纤线路集成化，在底层完成单元配置、A/D转换、信号采集与处理、通信传输等工作，无需与X86计算机进行交互，直接解调超弱光栅传感器的位置和波长信息。以此同时，采用脉冲式波长扫描激光器取代光源和光调制器，对光学线路进行集成设计，简化了系统结构，大幅降低了解调仪的功耗和体积，提升了解调速度，为温度、应变、振
动等多参数解调以及野外监测提供了有效方案。
[0009]本专利技术采取的技术方案为：一种超弱光纤光栅波长解调模块，包括壳体，壳体内设有激光脉冲发生器、光学线路单元、嵌入式板卡，嵌入式板卡分别连接激光脉冲发生器、光学线路单元，激光脉冲发生器连接光学线路单元。
[0010]所述激光脉冲发生器，用于产生波长重复变化的激光脉冲；所述光学线路单元，用于对激光脉冲进行放大并输出，接收被测对象返回的光信号并完成光电转换后输出；所述嵌入式板卡，用于对所述激光脉冲发生器进行指令和参数设置，对所述光学线路单元进行配置；嵌入式板卡，用于光栅定位及波长实时解析，输出超弱光栅的波长及位置信息。
[0011]所述激光脉冲发生器为内置半导体电光调制器的波长扫描激光器，或者为波长扫描激光器与外置半导体电光调制器单板集成的器件。
[0012]所述激光脉冲发生器包括可输出脉冲的波长扫描激光器、第一电源接口、第一控制接口、第一输出光接口；所述波长扫描激光器能够根据所述嵌入式板卡的控制指令在1528nm~1568nm的波长范围内以相同的步距进行周期性的波长变换，嵌入式板卡由第一电信号接口接收模拟电信号，完成模数转换、光栅定位及波长实时解析，输出超弱光栅的波长及位置信息。
[0013]所述光学线路单元包括第一输入光接口、第二电源接口、第二控制接口、第一电信号输出接口、第二输出光接口；其中，第一输入光接口与第一输出光接口耦合；光学线路单元对光脉冲进行放大并输出，接收被测对象返回的光信号并完成光电转换后，由所述第一电信号接口输出；所述光学线路单元还包括增益均衡光放大器、光环形器、光开关、光电探测器，在同一块电路板上单板集成；第一输入光接口连接增益均衡光放大器，增益均衡光放大器连接光环形器，光环形器连接光开关，光开关连接第二输出光接口；光环形器连接光电探测器，光电探测器连接第一电信号输出接口。
[0014]所述增益均衡光放大器为EDFA光放大器，用于放大光脉冲信号，并均衡不同波长的光功率，调整系统的动态范围。
[0015]所述光开关在控制信号的作用下，选择当前的光通道或自动切换光通道。
[0016]所述嵌入式板卡包括用于波长解调计算、位置定位及外设控制的嵌入式系统与采集电路，以及第三电源接口、第三控制接口、第四控制接口、第一电信号输入接口、第一通信接口；其中，第三控制接口与第一控制接口连接，嵌入式板卡通过所述第三控制接口对所述激光脉冲发生器进行指令和参数设置；第四控制接口与第二控制接口连接，嵌入式板卡通过第四控制接口对所述光学线路单元进行配置；第一电信号输入接口与第一电信号输出接口连接；所述嵌入式板卡包括包括信号处理及控制电路、光源控制接口电路、光学线路控制接口电路、高速模数转换电路、电源接口电路、通信接口电路；
第三控制接口连接光源控制接口电路，光源控制接口电路连接信号处理及控制电路；第四控制接口连接光学线路控制接口电路，光学线路控制接口电路连接信号处理及控制电路；第一电信号输入接口连接高速模数转换电路，高速模数转换电路连接信号处理及控制电路；第三电源接口连接电源接口电路，电源接口电路连接信号处理及控制电路，信号处理及控制电路连接通信接口电路，通信接口电路连接第一通信接口。
[0017]所述信号处理及控制电路采用高集成度的嵌入式系统，如单片机或FPGA系统，也可以是ARM和FPGA的SOC系统。
[0018]所述电源接口电路采用9V~24V宽压直流输入，在低功耗模式下只保持嵌入式最小系统工作，切断其它接口及单元的供电。
[0019]所述通信接口电路可以是千兆以太网，或USB，或WIFI，或RS232等。
[0020]所述壳体采用铝合金一体铣削加工，直接对各单元的功率器件进行散热。
[0021]所述壳体包括与激光脉冲发生器、光学线路单元、嵌入式板卡固定连接的机械结构，以及第三光输出接口、第二通信接口、第四电源接口；其中，第三光输出接口与第二输出光接口连接；第四电源接口分别与第一电源接、第二电源接口、第三电源接口连接；第二通信接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超弱光纤光栅波长解调模块，包括壳体（4），其特征在于：壳体（4）内设有激光脉冲发生器（1）、光学线路单元（2）、嵌入式板卡（3），嵌入式板卡（3）分别连接激光脉冲发生器（1）、光学线路单元（2），激光脉冲发生器（1）连接光学线路单元（2）；所述激光脉冲发生器（1），用于产生波长重复变化的激光脉冲；所述光学线路单元（2），用于对激光脉冲进行放大并输出，接收被测对象返回的光信号并完成光电转换后输出；所述嵌入式板卡（3），用于对所述激光脉冲发生器（1）进行指令和参数设置，对所述光学线路单元（2）进行配置；嵌入式板卡（3），用于光栅定位及波长实时解析，输出超弱光栅的波长及位置信息。2.根据权利要求1所述一种超弱光纤光栅波长解调模块，其特征在于：所述激光脉冲发生器（1）包括可输出脉冲的波长扫描激光器（101）、第一电源接口（102）、第一控制接口（103）、第一输出光接口（104）；所述波长扫描激光器（101）能够根据所述嵌入式板卡（3）的控制指令在1528nm~1568nm的波长范围内以相同的步距进行周期性的波长变换。3.根据权利要求2所述一种超弱光纤光栅波长解调模块，其特征在于：所述光学线路单元（2）包括第一输入光接口（205）、第二电源接口（206）、第二控制接口（207）、第一电信号输出接口（208）、第二输出光接口（209）；其中，第一输入光接口（205）与第一输出光接口（104）耦合；光学线路单元（2）对光脉冲进行放大并输出，接收被测对象返回的光信号并完成光电转换后，由所述第一电信号接口（208）输出；根据权利要求3所述一种超弱光纤光栅波长解调模块，其特征在于：所述光学线路单元（2）还包括增益均衡光放大器（201）、光环形器（202）、光开关（203）、光电探测器（204），在同一块电路板上单板集成；第一输入光接口（205）连接增益均衡光放大器（201），增益均衡光放大器（201）连接光环形器（202），光环形器（202）连接光开关（203），光开关（203）连接第二输出光接口（209）；光环形器（202）连接光电探测器（204），光电探测器（204）连接第一电信号输出接口（208）。4.根据权利要求3所述一种超弱光纤光栅波长解调模块，其特征在于：所述嵌入式板卡（3）包括用于波长解调计算、位置定位及外设控制的嵌入式系统与采集电路，以及第三电源接口（307）、第三控制接口（308）、第四控制接口（309）、第一电信号输入接口（310）、第一通信接口（311）；其中，第三控制接口（308）与第一控制接口（103）连接，嵌入式板卡（3）通过所述第三控制接口（308）对所述激光脉冲发生器（1）进行指令和参数设置；第四控制接口（309）与第二控制接口（207）连接，嵌入式板卡（3）通过第四控制接口（309）对所述光学线路单元（2）进行配置；第一电信号输入接口（310）与第一电信号输出接口（208）连接；嵌入式板卡卡（3）由第一电信号接口（310）接收模拟电信号，完成模数转换、光栅定位及波长实时解析，输出超弱光栅的波长及位置信息。
5.根据权利要求5所述一种超弱光纤光栅波长解调模块，其特征在于：所述嵌入式板卡（3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗志会，黄江楼，谭超，郑胜，蔡德所，田斌，徐冰，何慧灵，
申请(专利权)人：宜昌睿传光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：