波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法，包括步骤：提供光栅夹具，所述光栅夹具包括毛细铝管及置于毛细铝管内的光栅；将毛细铝管置于半导体制冷片的发热面；将温度传感器紧触毛细铝管；根据温度传感器采集的毛细铝管的温度控制半导体制冷片的供电电流的通断时间和平均大小，从而调整半导体制冷片的发热面的温度，进而调整毛细铝管内光栅的温度。其中，控制半导体制冷片的供电电流是通过产生不同频率和占空比的PWM波形实现的。本装置能产生绝对波长参考信号，并且控制精准控制、恒温准确、成本低廉，适用于各类需要高精度绝对波长参考信号的光学仪器。本发明专利技术同时公开了一种波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于波分复用光栅解调设备的绝对波长参考信号的产生方法及装置。
技术介绍
光栅传感器附着在被测物体上，温度、应变等物理量的变化都能够导致光栅传感器反射波长的位置改变，因而根据光栅传感器的反射波长的位移值能够精确的测量出温度、应变等物理量的变化程度。光栅解调设备就是用于测量出光栅传感器的反射波长的位移值，其精度要达到Pm级。基于波分复用的光栅解调是指在宽带光源的一定波长范围内，串联若干个具有不同反射波长且反射波长位移量互相不重叠的光栅传感器，通过精确测量各个光栅传感器的反射波长位移量来获得被测物理量的变化值。基于波分复用的光栅解调设备，通常由宽带光源、调谐滤波器、标准标定器件、光电转换、电信号处理等部分组成，其中标准标定器件起到了在整个调谐滤波器输出波长范围内作为标准参考量的作用，决定了光栅解调设备的波长重复性和波长精度。最常用的标准标定器件是光梳状滤波器。光梳状滤波器的输出是一系列连续的波峰信号，各个波峰的波长值固定，相邻波峰之间的距离越近则光栅解调设备的波长重复性和波长精度越高。在一定带宽范围内，光梳状滤波器输出波峰信号的间距越小则输出波峰的个数越多，故如何在解调过程中快速确定各个波峰的波长值是光栅解调设备必须要解决的关键技术之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法及装置，能产生绝对波长参考信号，为确定波分复用光栅解调设备中光梳状滤波器输出的各个波峰的波长值提供依据。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法，包括如下步骤(1)提供光栅夹具，所述光栅夹具包括毛细铝管及置于所述毛细铝管内的光栅；(2)将所述毛细铝管置于半导体制冷片的发热面；(3)将温度传感器紧触所述毛细铝管； (4)根据所述温度传感器采集的毛细铝管的温度控制所述半导体制冷片的供电电流的通断时间和平均大小，从而调整所述半导体制冷片的发热面的温度，进而调整所述毛细铝管内光栅的温度。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤(4)具体为(41)提供恒流源、P沟道MOS管和N沟道MOS管，将所述P沟道MOS管的栅极连接所述CPU，漏极连接所述恒流源，源极连接所述半导体制冷片的一个电流输入端，将所述N沟道MOS管的栅极连接所述CPU，漏极接地，源极连接所述半导体制冷片的另一电流输入端；(42)根据所述温度传感器采集的毛细铝管的温度输出两路占空比可调、相位相差 180度的PWM波形，所述两路PWM波形分别输入所述P沟道COM管和所述N沟道MOS管的栅极进而控制所述半导体制冷片的供电电流的通断时间和平均大小，从而调整所述半导体制冷片发热面的温度以保证所述毛细铝管内光栅温度恒定。在本专利技术的另一实施例中，所述步骤G2)具体为设置期望加热到的温度值；获取所述温度传感器采集的毛细铝管的温度，确定所述设置温度值与所述采集温度值的差值；当差值大于10度时，向所述半导体制冷片的两个电流输入端对应输出两路PWM波形为占空比100%、相位相差180度的高电平和低电平PWM波形；当差值在3到10度范围内时，向所述半导体制冷片的两个电流输入端对应输出的两路PWM波形的相位相差180度，占空比控制量的表达式为PWM (t) = PWM (t-1) + APWM (t)其中APWM(t) = qOe (t) +qle (tl) +q2e (t~2)qO = Kp(l+Td/T)ql = -Kp(l+2Td/T)q2 = Kp Td/T当差值在0. 5到3度范围内时，向所述半导体制冷片的两个电流输入端对应输出的两路PWM波形的相位相差180度，占空比控制量的表达式为PWM (t) = PWM (t-1) + APWM (t)其中APWM(t) = qOe (t) +qle (tl) +q2e (t~2)qO = Kp(l+T/Ti+Td/T)ql = -Kp(l+2Td/T)q2 = Kp Td/T当差值在-0. 5度到0. 5度时，向所述半导体制冷片的两个电流输入端对应输出的两路PWM波形的相位相差180度，占空比控制量的表达式为e (t+1) = e (t)e(t) = SetTemp-MeaTemp//SetTemp 为设置温度 MeaiTemp 为测量温度Ae = e(t+l)-e(t)PWM (t) = FuzzyValue (e(t), Δ e)本专利技术还提供了一种波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生装置，其特征在于，包括半导体制冷片、光栅夹具、温度传感器、恒流源和控制电路模块，所述光栅夹具包括毛细铝管及置于所述毛细铝管内的光栅，所述毛细铝管置于所述半导体制冷片的发热面，所述温度传感器紧触所述毛细铝管，所述控制电路模块根据所述温度传感器采集的毛细铝管的温度控制所述半导体制冷片的供电电流的通断时间和平均大小，从而调整所述半导体制冷片的发热面的温度，进而调整所述毛细铝管内光栅的温度。在本专利技术的一个实施例中，所述控制电路模块包括电源转换模块、连接所述温度传感器的电源转换模块供电的CPU、P沟道MOS管、N沟道MOS管、恒流源，所述电流转换模块连接所述CPU，以向所述CPU供电，所述P沟道MOS管的栅极连接所述CPU，漏极连接所述恒流源，源极连接所述半导体制冷片的一个电流输入端。所述N沟道MOS管的栅极连接所述CPU，漏极接地，源极连接所述半导体制冷片的另一电流输入端，所述CPU根据所述温度传感器采集的毛细铝管的温度输出两路占空比可调、相位相差180度的PWM波形，所述两路 PWM波形分别输入所述P沟道COM管和所述N沟道MOS管的栅极进而控制所述半导体制冷片的供电电流的通断时间和平均大小，从而调整所述半导体制冷片发热面的温度以保证所述毛细铝管内光栅温度恒定。在本专利技术的另一实施例中，所述毛细铝管一端开口、一端封闭，所述光栅置入所述毛细铝管内并通过耐高温的粘合剂固定于所述毛细铝管的开口端。与现有技术相比，本专利技术波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法及装置，通过毛细铝管内的光栅能产生绝对波长参考信号，为确定波分复用光栅解调设备中光梳状滤波器输出的各个波峰的波长值提供依据。具体地，每个光栅的都有一个反射波长，只要不受应力的作用，这个波长值的变化只受温度影响。光栅反射波长信号会受到环境温度变化的影响，温度变化1度，波长变化10pm。使用本专利技术装置保证光栅所处毛细铝管内温度恒定在设定温度士 0. 5度的范围内，故光栅反射波长只有最大士 5pm的波动，可认为这个波长是恒定的。光梳状滤波器的输出波峰个数比较多，每个波峰的波长值是固定的、且相邻两个波峰的波长差值是相同的。只要知道作为绝对波长参考光栅(毛细铝管内的光栅)的反射波长值，就能够知道距离绝对波长参考光栅最近的2个光梳状滤波器的波峰的波长值， 进而就可以快速确定每个波峰所代表的波长值，进而能够为待测光栅提供参考信号，使得波分复用光栅解调设备具有较高解调精度(波长重复性士2pm)，不受各种环境因素影响。另外，本专利技术波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法及装置，由于流经半导体制冷片的电流是恒流源产生的恒定电流，并且采用PWM波形控制流经半导体制冷片的电流的导通时间，可以精确控制流经半导体制冷片的电流量，进而精确控制半导体制本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法，包括如下步骤：（１）提供光栅夹具，所述光栅夹具包括毛细铝管及置于所述毛细铝管内的光栅；（２）将所述毛细铝管置于半导体制冷片的发热面；（３）将温度传感器紧触所述毛细铝管；（４）根据所述温度传感器采集的毛细铝管的温度控制所述半导体制冷片的供电电流的通断时间和平均大小，从而调整所述半导体制冷片的发热面的温度，进而调整所述毛细铝管内光栅的温度。

【技术特征摘要】
1.一种波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法，包括如下步骤(1)提供光栅夹具，所述光栅夹具包括毛细铝管及置于所述毛细铝管内的光栅；(2)将所述毛细铝管置于半导体制冷片的发热面；(3)将温度传感器紧触所述毛细铝管；(4)根据所述温度传感器采集的毛细铝管的温度控制所述半导体制冷片的供电电流的通断时间和平均大小，从而调整所述半导体制冷片的发热面的温度，进而调整所述毛细铝管内光栅的温度。2.如权利要求1所述的波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为(41)提供恒流源、P沟道MOS管和N沟道MOS管，将所述P沟道MOS管的栅极连接所述CPU，漏极连接所述恒流源，源极连接所述半导体制冷片的一个电流输入端，将所述N沟道MOS管的栅极连接所述CPU，漏极接地，源极连接所述半导体制冷片的另一电流输入端；(42)根据所述温度传感器采集的毛细铝管的温度输出两路占空比可调、相位相差180 度的PWM波形，所述两路PWM波形分别输入所述P沟道COM管和所述N沟道MOS管的栅极进而控制所述半导体制冷片的供电电流的通断时间和平均大小，从而调整所述半导体制冷片发热面的温度以保证所述毛细铝管内光栅温度恒定。3.如权利要求2所述的波分复用光栅解调设备绝对波长参考信号产生方法，其特征在于，所述步骤G2)具体为设置期望加热到的温度值；获取所述温度传感器采集的毛细铝管的温度，确定所述设置温度值与所述采集温度值的差值；当差值大于10度时，向所述半导体制冷片的两个电流输入端对应输出的两路PWM波形为占空比100%、相位相差180度的高电平和低电平PWM波形；当差值在0. 5到10度范围内时，向所述半导体制冷片的两个电流输入端对应输出的两路PWM波形的相位相差180度，占空比的表达式为PWM(t) =PWM(t-l) + APWM(t)，其中，当差值在0. 5到3度范围内时，Δ PWM(t) = qQ’ e (t) +Qle (t_l) +q2e (t_2)，当差值在0. 5到3度范围内时，APWM(t) = 9#(0+9卢&-1)+(^&-2)，其中，9(1，= Kp (1+Td/T), q0 = Kp (1+T/ Ti+Td/T)，Q1 = -Kp(l+2Td/T)，q2 = Kp Td/T，Kp为比例系数，T为调节周期，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为t时刻采集温度值...

【专利技术属性】
技术研发人员：周祖德，韩屏，刘泉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83