光纤光栅式风速传感器解调仪制造技术

一种光纤光栅式风速传感器解调仪，它包括三端口光纤环形器和与光纤环形器三个端口分别连接的传感器接口，光纤耦合器和光电探测器；所述光纤耦合器输入端与通道控制与激光驱动器连接；所述通道控制与激光驱动器包括至少一个FP激光器；光电探测器输出端与电压比较器输入端电联接，电压比较器输出端与单片机连接。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于风速传感器解调仪，尤其涉及一种光纤光栅式风速传感器解调仪。
技术介绍
:作为重要的清洁能源，风能的利用越来越受到国内外广泛关注，国家能源发展战略也多次提出了大力发展风力发电技术及其规模的重要部署。发展风力发电技术就要大力提高发电效率和机电设备的安全性能，防止过载造成机电设备与人员伤亡。其中，对风场的风速实时监测是实现提高风电效率和机电设备安全的必要手段之一。目前国内使用的风速传感器大部分为电子传感器，这些传感器极大地受到供电、远程传输、成网等技术难题困扰，特别是在偏远山区的风电场，由于缺乏方便的供电与通讯设施，给实际使用带来了巨大困扰。此外，建设大量中继站耗资巨大。随着技术的进步，近几年也有一些新技术被引进到风电检测技术中来。近五年来，国内外均有一些关于光纤传感在风力发电领域的应用被报道，光纤传感技术由于具有远距离传输(几十公里)、波分复用技术易于组网、抗电磁干扰以及无需本地供电等技术优势，极大地推动了风电监测的技术进步。专利技术人前期工作中设计了一种光纤光栅式风速仪(申请号:201010135453.7),首次提出了米用光纤光栅作为核心器件的全光纤风速传感器，该技术已被认可并开始推广应用。但是该传感器由于采用了光谱解调仪，成本非常高。目前世界上报道以及市场上出现的L+C波段光谱分析仪成本均在几万到几十万元之间，此外光谱仪的解调速度非常慢，仅为几Hz到几kHz之间，这就极大地限制了风速传感器的测量范围(测量上限)。要提高风速传感器测量范围，另一种解调方式是采用可调滤波器以及可调激光器来实现，然而这些方式同样成本高昂，国产可调滤波器器件成本就有几万元，C+L波段的宽谱可调激光器几十万元。采用分布反馈式半导体激光器也可以实现光纤光栅的解调，但是当多个传感器时需要多个激光器，这种激光器需要精确的温控，一般要采用锯齿波驱动来实现波长扫描，在后续处理上还需要采用除法计算将锯齿波状的功率波动消除，每只分布反馈式半导体激光器价格均在一两千元以上，因此在多探头时成本依然很高。
技术实现思路
本方案提供了一种光纤光栅式风速传感器解调仪，它包括采用低成本法布里珀罗(FP)型激光二极管(以下统称FP激光器)实现的光纤光栅式风速传感器解调仪，相比背景中介绍的其他方案，该技术方案成本低，测量速度快，无需温控以及调制扫描技术，通过激光阵列与电路控制可以实现多探头测量。本方案所采用的技术措施是:一种光纤光栅式风速传感器解调仪，它包括三端口光纤环形器和与光纤环形器三个端口分别连接的传感器接口，光纤耦合器和光电探测器；所述光纤耦合器输入端与通道控制与激光驱动器连接；所述通道控制与激光驱动器包括至少一个FP激光器；光电探测器输出端与电压比较器输入端电联接，电压比较器输出端与单片机连接。本方案的具体特点还有，所述单片机是指51单片机、AVR单片机、PIC单片机、飞思卡尔单片机、Ti公司的MSP系列单片机、三星单片机、NEC单片机中的一种。例如本方案实施时采用51单片机，主要功能是实现信号的采集，将外部电信号转换为单片机处理的数字信号，能够实现信号信息的运算(本解调仪内实现方波出现周期的运算)，并能够对外部进行指令发送，控制激光器通道的选取。所述电压比较器是指UA741 ;用于将不规则信号整波为标准方波信号，设置一个比较电压，高于该电压的信号值即为高电平，低于该电压即为低电平，形成方波信号。例如本方案实施过程中采用了 UA741构建的电压比较器可以方便实现该功能，如图7所示，通过调节R2滑动变阻器阻值可以设置改变参考电压。Rl与R2构成参考电压选择点Vref=Vp* [R2/(R1+R2)] ο 当 Vin>Vref 时，输出 Vout=Vp,为高电平；当 VirKVref 时，输出Vout=O,为低电平。所述通道控制与激光驱动器是指⑶4097多路模拟开关以及一系列三极管来构成了通道控制器与激光驱动电路；所述通道控制器为选通电路，配合激光器驱动使用，根据单片机所发出的指令来选择哪一路激光器工作，激光器驱动即为一个恒流源，当接收到单片机指定某路工作时，该路激光器驱动电路提供横流驱动使得该路激光器发光，其余驱动电路不提供电流，使得其余激光器不发光。例如本方案采用了 CD4097多路模拟开关以及一系列三极管来构成了通道控制器与激光驱动电路，如图8所示。通道选择电路如图所示，主要由多路模拟开关⑶4067及一系列三极管组成。⑶4067模拟开关是很有用的器件，⑶4067为CMOS 16选I双向模拟开关。可用于数字传输、信号分时处理、多路巡回监测等电路中，与单片机:1/0端口挂接，能很方便地实现电路测控。其中脚10、11、14和13是地址码A、B、C、D的输入端；脚2-11和16-23是开关的输入/输出端(开关位);脚I是开关的输出/输入公共端(开关位);脚15为控制端，低电平有效(选通)，高电平禁止(开关开路)。⑶4067的真值表如附表所示。4位二进制码A、B、C、D共有16种状态，所以可以控制16个开关的通断。首先将⑶4097的第I脚接高电平，例如当控制信号选通第2通道连通时，第7脚将与第I脚连通，由于第23脚也成为了高电平，因此连接此通道的三极管将被导通，进而使该路FP激光器获得某一横流驱动开始工作，其余激光器由于各自三极管均无法导通，导致不能发光。每次输入公共端(脚I)只能与其中某一路信号导通，因此每个时刻也仅有一支激光器能够发光。通道选择表:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅式风速传感器解调仪，它包括三端口光纤环形器和与光纤环形器三个端口分别连接的传感器接口，光纤耦合器和光电探测器；所述光纤耦合器输入端与通道控制与激光驱动器连接；所述通道控制与激光驱动器包括至少一个FP激光器；光电探测器输出端与电压比较器输入端电联接，电压比较器输出端与单片机连接。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅式风速传感器解调仪，它包括三端口光纤环形器和与光纤环形器三个端口分别连接的传感器接口，光纤耦合器和光电探测器；所述光纤耦合器输入端与通道控制与激光驱动器连接；所述通道控制与激光驱动器包括至少一个FP激光器；光电探测器输出端与电压比较器输入端电联接，电压比较器输出端与单片机连接。2.根据权利要求1所述的光纤光栅式风速传感器解调仪，其特征是所述单片机是指5...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪家升，王昌，赵燕杰，张希林，赵勃年，王纪强，孙智慧，张发祥，张晓磊，郭健，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：实用新型
国别省市：