專利名稱：一種多通道光纖光柵解調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計對多點多通道光纖光柵傳感陣列反射回來的光信號進(jìn)行檢測并分析出所探測的物理量的裝置。
背景技術(shù)：
光纖光柵的物理結(jié)構(gòu)會隨溫度或者應(yīng)力有規(guī)律性的表現(xiàn)，伴隨的是其反射的光波長的微小變化，通過檢測這個波長的變動，可以解調(diào)出光纖光柵所處環(huán)境的溫度或者引力情況?，F(xiàn)有多通道光纖光柵解調(diào)儀普遍采用F-P (法布里-珀羅)腔作為核心光器件，其解調(diào)原理采用時域分析方法，利用F-P在不同電壓下通過的波長不同而獲得掃頻輸出，同時利用梳狀濾波器獲得時域上定波長脈沖。在假定光纖光柵與儀表之間無時延情況下，將光纖光柵的反射脈沖和標(biāo)準(zhǔn)具的標(biāo)準(zhǔn)脈沖進(jìn)行時域比對，曲線擬合獲得波長值。目前通行采用嵌入式CPU進(jìn)行波長解調(diào)，其特點是開發(fā)周期短，上手容易，可靠性高，但是由于嵌入式CPU屬于單線程處理器，同一時間只能完成一個通道數(shù)據(jù)處理，多通道的應(yīng)用能力弱，特別是在32通道以上的應(yīng)用場合。所以，目前的光纖光柵解調(diào)儀多為4、8和16通道，32通道表鮮見。多通道儀表的缺乏，造成在工程中不得不通過多臺8通道或者16通道解調(diào)儀進(jìn)行組合解調(diào)，這種辦法會大幅度增加成本。隨著光纖光柵在電力、橋梁、隧道、消防、鐵路等多個行業(yè)的應(yīng)用，分布式監(jiān)測方案開始提上日程。分布式監(jiān)測的核心是多點多通道同時監(jiān)測，目前的儀表很難達(dá)到要求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種多通道光纖光柵解調(diào)裝置，本實用新型能擴(kuò)展工程應(yīng)用中的多通道應(yīng)用能力，并提高測量精度和簡化結(jié)構(gòu)。本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種多通道光纖光柵解調(diào)裝置，包括依次相連的掃頻光源、光分支器和光纖光柵，光分支器的一個輸出端還通過梳狀濾波器接至光電解調(diào)模塊，光分支器的其余輸出端直接接至光電解調(diào)模塊，光電解調(diào)模塊還接有波長解調(diào)板。所述的解調(diào)裝置，掃頻光源包括相連的半導(dǎo)體光放大器和法布里-珀羅腔，法布里-珀羅腔接至光分支器。所述的解調(diào)裝置，光分支器包括輸出輸入依次相連的第一一分二光分路器和第二一分二光分路器，第二一分二光分路器的一個輸出端接至第分十六光分路器，第二一分二光分路器的第二個輸出端接至第二一分十六光分路器，第分十六光分路器、第二一分十六光分路器接至光纖光柵，第分二光分路器的輸入端與掃頻光源相連，第
分二光分路器的另一個輸出端接至梳狀濾波器，第分十六光分路器的一個輸出端、第二一分十六光分路器的一個輸出端均接至光電解調(diào)模塊。所述的解調(diào)裝置，光纖光柵包括第一光纖光柵和第二光纖光柵，第一光纖光柵與第分十六光分路器相連，第二光纖光柵與第二一分十六光分路器相連。[0010]所述的解調(diào)裝置，波長解調(diào)板包括相連的現(xiàn)場可編程門陣列和ARM處理器。 所述的解調(diào)裝置，波長解調(diào)板接有顯示板。所述的解調(diào)裝置，所述解調(diào)裝置還包括電源模塊，電源模塊為整個解調(diào)裝置供電。所述的解調(diào)裝置，光分支器通過光柵通道接口與光纖光柵相連。本實用新型的優(yōu)點有I.采用FPGA處理信號，比采用CPU提高處理速度32倍；同時由于FPGA對于脈沖信號的邊沿鎖存能力很強(qiáng)，降低了 CPU由于軟件等待的延遲，使得精度提高30%。2.實現(xiàn)32通道同時處理，拓寬了解調(diào)儀的使用范圍，特別適合在多通道應(yīng)用時，可以大幅度降低成本。3.處理速度快，32通道可以同時實現(xiàn)50Hz處理能力，錄波能力強(qiáng)，應(yīng)用行業(yè)廣。

圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的信號流程圖。圖中，I :掃頻光源；2 :第分二光分路器；3 :第二一分二光分路器；4 :第
分十六光分路器；5 :第一光纖光柵(包括第一至十六通道)；6 :第二一分十六光分路器；7 第二光纖光柵(包括第十七至三十二通道);8 :梳狀濾波器；9 :光電解調(diào)模塊；10 :波長解調(diào)板；11 :以太網(wǎng)；12 :顯示板；13 :電源模塊；14 :光柵通道接口(32通道)；15 :掃頻光源的半導(dǎo)體光放大器；16 :掃頻光源的法布里-珀羅腔；17 :波長解調(diào)板的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列；18 :波長解調(diào)板的ARM處理器。
具體實施方式
傳統(tǒng)的光纖光柵解調(diào)儀在數(shù)據(jù)處理上，通常采用CPU來完成波長的解調(diào)，在低速少通道系統(tǒng)中，CPU可以完成一定工作量，但是在多通道多數(shù)據(jù)的光纖光柵解調(diào)上，CPU的處理能力明顯不足，因此為了達(dá)到多通道并行處理，本實用新型采用FPGA (FieldProgrammable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)來替代CPU。本實用新型的解決方案包括掃頻光源I、第--分二光分路器2、第二一分二光
分路器3、第分十六光分路器4、第一至十六通道光纖光柵5、第二一分十六光分路器6、第十七至三十二通道光纖光柵7、梳狀濾波器8、光電解調(diào)模塊9、波長解調(diào)板10、以太網(wǎng)11、顯示板12、電源模塊13、光柵通道接口(32通道)14、掃頻光源的半導(dǎo)體光放大器15、掃頻光源的法布里-珀羅腔16、波長解調(diào)板的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列17和波長解調(diào)板的ARM處理器18。以太網(wǎng)11與波長解調(diào)板10相連。本實用新型的掃頻光源模塊采用的是SOA和F-P腔的結(jié)構(gòu)，以掃描的方式運行，掃頻光按照比例分配給標(biāo)準(zhǔn)具和輸出端。本實用新型的1X2光分路器為單入雙出結(jié)構(gòu)，不帶回饋端，1X16光分路器為單入多出帶回饋。本實用新型的光電解調(diào)模塊采用的自動增益控制，信號弱時自動提高增益，信號強(qiáng)時抑制增益。本實用新型的波長解調(diào)板采用FPGA做為主處理器、ARM作為協(xié)議處理器。信號從驅(qū)動芯片后接FPGA I/O (輸入/輸出)管腳，F(xiàn)PGA處理完32通道數(shù)據(jù)后，通過總線與ARM通信，ARM讀取數(shù)據(jù)并封裝協(xié)議后通過以太網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)。本實用新型的原理是由SOA (半導(dǎo)體光放大器)和F-P腔組成的掃頻光源以掃描方式線性輸出窄帶寬光脈沖，該光脈沖經(jīng)過分路器一分為二，小部分送至梳狀濾波器，大部分送至I X 2光分路器，再由I X 2光分路器輸出接2個I X 16光分路器接光柵接口，光柵返回的信號送至對應(yīng)的光電模塊通道進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，光電轉(zhuǎn)換獲得的脈沖群送至波長解調(diào)板由FPGA完成波長解調(diào)并通過以太網(wǎng)對外發(fā)送數(shù)據(jù)。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步詳述本實用新型。參照圖2，32通道光纖光柵解調(diào)儀，包括掃頻光源、2個I X 2光分路器、標(biāo)準(zhǔn)具、2個I X 16分路器、光纖光柵和波長解調(diào)板組成。各模塊的說明I.掃頻光源內(nèi)含半導(dǎo)體光放大器和法布里-珀羅腔，線性輸出，波長范圍1280nm-1330nm，步進(jìn)掃描； 2.1X2分路器I分2光分路器；3.梳狀濾波器工作波長1280nm-1330nm，28個波峰，間隔2nm ；4. I X 16分路器I分16光分路器；5.光纖光柵中心波長1280nm-1330nm，反射率> 90% ;6.波長解調(diào)板FPGA實現(xiàn)波長解調(diào)，ARM實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，同時處理32通道。本實用新型的具體工作過程如下掃頻光源內(nèi)部通過掃描方式在時域上輸出頻率非連續(xù)的光，波長范圍從1280nm-1330nm，經(jīng)過I X 2分路器后，10%送入梳狀濾波器，梳狀濾波器在時域上實現(xiàn)從1280nm-1330nm的28峰值輸出，送波長解調(diào)板做為標(biāo)準(zhǔn)脈沖；90%送I X 2分路器后，再送入2個I X 16路光分路器，每個通道獨立接入光纖光柵，返回的信號接入對應(yīng)的光電解調(diào)通道；光電解調(diào)模塊將光纖光柵返回的光信號調(diào)理為電脈沖，然后送入波長解調(diào)板；波長解調(diào)板依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)脈沖和各通道脈沖的時域構(gòu)成解調(diào)出波長信息并通過以太網(wǎng)對外發(fā)送。當(dāng)光纖光柵對于的溫度或者引力等情況發(fā)生變化時，解調(diào)的波長信息對應(yīng)變化，也就反映了實際的數(shù)據(jù)。本實用新型在一臺解調(diào)儀上通過FPGA完成了 32通道的數(shù)據(jù)解調(diào)。
權(quán)利要求1.一種多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于包括依次相連的掃頻光源(I)、光分支器和光纖光柵，光分支器的一個輸出端還通過梳狀濾波器(8)接至光電解調(diào)模塊(9)，光分支器的其余輸出端直接接至光電解調(diào)模塊(9 )，光電解調(diào)模塊(9 )還接有波長解調(diào)板(10 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的解調(diào)裝置，其特征在于掃頻光源(I)包括相連的半導(dǎo)體光放大器(15)和法布里-珀羅腔(16)，法布里-珀羅腔(16)接至光分支器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的解調(diào)裝置，其特征在于光分支器包括輸出輸入依次相連的第分二光分路器(2)和第二一分二光分路器(3),第二一分二光分路器(3)的一個輸出端接至第一一分十六光分路器(4)，第二一分二光分路器(3)的第二個輸出端接至第二一分十六光分路器(6)，第一一分十六光分路器(4)、第二一分十六光分路器(6)接至光纖光柵，第分二光分路器(2)的輸入端與掃頻光源(I)相連,第分二光分路器(2)的另一個輸出端接至梳狀濾波器(8),第分十六光分路器(4)的一個輸出端、第二一分十六光分路器(6)的一個輸出端均接至光電解調(diào)模塊(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的解調(diào)裝置，其特征在于光纖光柵包括第一光纖光柵(5)和第二光纖光柵(7)，第一光纖光柵(5)與第一一分十六光分路器(4)相連，第二光纖光柵(7)與第二一分十六光分路器(6)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的解調(diào)裝置，其特征在于波長解調(diào)板(10)包括相連的現(xiàn)場可編程門陣列(17 )和ARM處理器(18 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的解調(diào)裝置，其特征在于波長解調(diào)板(10)接有顯示板(12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的解調(diào)裝置，其特征在于所述解調(diào)裝置還包括電源模塊(13)，電源模塊(13)為整個解調(diào)裝置供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的解調(diào)裝置，其特征在于光分支器通過光柵通道接口(14)與光纖光柵相連。
專利摘要本實用新型提供了一種多通道光纖光柵解調(diào)裝置，包括依次相連的掃頻光源(1)、光分支器和光纖光柵，光分支器的一個輸出端還通過梳狀濾波器(8)接至光電解調(diào)模塊(9)，光分支器的其余輸出端直接接至光電解調(diào)模塊(9)，光電解調(diào)模塊(9)還接有波長解調(diào)板(10)。本實用新型能擴(kuò)展工程應(yīng)用中的多通道應(yīng)用能力，并提高測量精度和簡化結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01D5/38GK202582570SQ20122018895
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者宋珂, 董雷, 于本化, 印新達(dá) 申請人:武漢理工光科股份有限公司