專利名稱：一種基于濾色片的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(shí)用新型涉及一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，具體講是一種利用濾色片分光和光電探測(cè)陣列采集的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)裝置，屬光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在許多特殊的場(chǎng)合，光纖光柵傳感器具有許多傳統(tǒng)傳感器不具備的特點(diǎn)。光纖光柵作為智能化結(jié)構(gòu)的傳感器，具有體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易集成、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可以埋覆在被測(cè)物體和材料內(nèi)部對(duì)壓強(qiáng)、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、流速、流量、粘度等物理量進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于光纖光柵傳感信號(hào)的解調(diào)核心工作，是依據(jù)對(duì)光纖光柵不同的中心波長(zhǎng)返回值進(jìn)行讀取，變換，進(jìn)而得到外界信息的變化量。對(duì)于采用光譜儀解調(diào)方式，解調(diào)速度為O到IOHz之間，由于光譜儀的體積大、價(jià)格昂貴、解調(diào)速度慢等缺點(diǎn)，限制了其工程化的推廣應(yīng)用；對(duì)于采用掃描激光光源的解調(diào)方式，解調(diào)速度為O到200Hz之間，其成本高，解調(diào)速率有限，限制了光纖光柵傳感的應(yīng)用范圍。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有光譜儀解調(diào)方式和采用掃描激光光源的解調(diào)方式的解調(diào)速度慢的問題，本實(shí)用新型提供一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置。一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置,包括ASE (amplified spontaneousemission)光源,3dB稱合器、IXN光開關(guān)、N個(gè)光纖光柵傳感器、IXN分路器、N個(gè)濾色片、2N個(gè)PIN(positive intrinsic negative)光電探測(cè)器、信號(hào)放大及A/D(analog/digital)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、RJ45端口和上位機(jī)；2N個(gè)PIN光電探測(cè)器分成2組，每組內(nèi)有N個(gè)PIN光電探測(cè)器；所述的ASE光源的光`信號(hào)輸出端與3dB f禹合器的光信號(hào)輸入端連接,3dB f禹合器的光信號(hào)輸入輸出端與I XN光開關(guān)的光信號(hào)第一輸入輸出端連接,所述的I XN光開關(guān)的其余N個(gè)光信號(hào)輸入輸出端分別與N個(gè)光纖光柵傳感器的輸入輸出端連接，所述N為大于I的正整數(shù)，所述的3dB稱合器的光信號(hào)輸出端與I XN分路器的光信號(hào)輸入端連接,所述的I XN分路器的N個(gè)光信號(hào)輸出端輸出的光信號(hào)分別入射至N個(gè)濾色片，經(jīng)N個(gè)濾色片透射的光信號(hào)分別入射至一組PIN光電探測(cè)器中的N個(gè)PIN光電探測(cè)器的光敏面；經(jīng)N個(gè)濾色片反射的光信號(hào)分別入射至另一組PIN光電探測(cè)器中的N個(gè)PIN光電探測(cè)器的光敏面，2N個(gè)PIN光電探測(cè)器的電信號(hào)的輸出端分別與信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊的2N個(gè)模擬電信號(hào)的輸入端連接，所述的信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字電信號(hào)輸出端與單片機(jī)的電信號(hào)輸入端連接，所述的單片機(jī)的控制信號(hào)輸出端與I XN光開關(guān)的控制信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端通過RJ45端口與上位機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接。所述的單片機(jī)的控制信號(hào)輸出端與I XN光開關(guān)的控制信號(hào)輸入端連接，用于實(shí)現(xiàn)選擇IXN光開關(guān)中的某一路開關(guān)的打開和閉合。所述的信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊中的A/D轉(zhuǎn)換器是16位。所述的單片機(jī)通過100M以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)端監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。所述的IXN分路器的N個(gè)光信號(hào)輸出端輸出的N路光信號(hào)相同。所述的ASE光源是放大自發(fā)福射光源,其波長(zhǎng)范圍從1525nm到1565nm,光強(qiáng)為20 200mW。所述的N個(gè)濾色片的波長(zhǎng)范圍均是從1525nm到1565nm。所述的N個(gè)濾色片的中心波長(zhǎng)按從小到大的順序排列，且相鄰的濾色片對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)差為2nm，每個(gè)濾色片的反射/透射過度帶寬為2nm，對(duì)應(yīng)光強(qiáng)哀減為20dB。所述的濾色片的中心波長(zhǎng)是其波長(zhǎng)范圍的中間值。所述的N為小于等于20的正整數(shù)。所述的IXN光開關(guān)采用高速半導(dǎo)體光開關(guān)，通道切換時(shí)間為ns級(jí)。具體地說，ASE光源發(fā)出的光經(jīng)3dB耦合器后，進(jìn)入到I X N光開關(guān)，從I X N光開關(guān)某通道返回的含有光纖光柵波長(zhǎng)信息的光經(jīng)過3dB耦合器進(jìn)入到IXN分路器，從IXN分路器輸出的N路光信號(hào)分別進(jìn)入N個(gè)濾色片，當(dāng)光信號(hào)的波長(zhǎng)值與濾色片的中心波長(zhǎng)值匹配時(shí)，與此濾色片連接的兩個(gè)PIN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)值非最小值，非最大值；當(dāng)光信號(hào)的波長(zhǎng)值與濾色片的中心波長(zhǎng)值不匹配時(shí)，與此濾色片連接的兩個(gè)PIN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)值分別為最小值和最大值，單片機(jī)將2N個(gè)PIN光電探測(cè)器輸出的數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行處理，得到所連接的光纖光柵傳感器返回光的真實(shí)波長(zhǎng)值。
·[0018]本實(shí)用新型帶來的有益效果是其解調(diào)速度可以達(dá)到500KHZ、成本低，監(jiān)測(cè)方法簡(jiǎn)單且實(shí)用，可以廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域，比如溫度、應(yīng)力、位移等的監(jiān)測(cè)。

圖1是本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型所用濾色片的濾光光譜特性圖，以濾色片的中心波長(zhǎng)是1540nm處為例；圖中實(shí)線表示透射光的光譜特性，虛線表示反射光的光譜特性。圖3是本實(shí)用新型所用濾色片的過濾光波長(zhǎng)小于該濾色片波長(zhǎng)范圍的光譜特性圖，以濾色片的中心波長(zhǎng)是1540nm處為例；圖中附圖標(biāo)記12表示透射光的光譜特性，附圖標(biāo)記13表示濾色片的透射光譜，虛線表示反射光的光譜特性。圖4是本實(shí)用新型所用濾色片過濾光波長(zhǎng)大于該濾色片波長(zhǎng)范圍的光譜特性圖，以濾色片的中心波長(zhǎng)是1540nm處為例；圖中附圖標(biāo)記16表示反射光的光譜特性，附圖標(biāo)記17表示濾色片的反射光譜,實(shí)線表示透射光的光譜特性。圖5是本實(shí)用新型所用濾色片過濾光波長(zhǎng)處于該濾色片波長(zhǎng)范圍之內(nèi)的光譜特性圖，以濾色片的中心波長(zhǎng)是1540nm處為例；圖中圖中附圖標(biāo)記21表示反射光的光譜特性，附圖標(biāo)記20表示透射光的光譜特性，附圖標(biāo)記23表示濾色片的反射光譜，附圖標(biāo)記22表示濾色片的透射光譜。圖6是與圖3所對(duì)應(yīng)的、濾色片所連接的兩個(gè)PIN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)的幅值示意圖；圖中附圖標(biāo)記14表示經(jīng)濾色片反射的光信號(hào)發(fā)送至PIN光電探測(cè)器后，該P(yáng)IN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)幅值，附圖標(biāo)記15表示經(jīng)濾色片透射出的光發(fā)送至PIN光電探測(cè)器后，該P(yáng)IN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)幅值。圖7是與圖4所對(duì)應(yīng)的濾色片所連接的兩個(gè)PIN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)的幅值示意圖；圖中附圖標(biāo)記18表示經(jīng)濾色片反射的光發(fā)送至PIN光電探測(cè)器后，該P(yáng) IN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)幅值，附圖標(biāo)記19表示經(jīng)濾色片透射出的光發(fā)送至PIN光電探測(cè)器后，該P(yáng)IN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)幅值。圖8是與圖5所對(duì)應(yīng)的濾色片所連接的兩個(gè)PIN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)的幅值示意圖；圖中附圖標(biāo)記24表示經(jīng)濾色片發(fā)射的光發(fā)送至PIN光電探測(cè)器后，該P(yáng)IN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)幅值，圖中附圖標(biāo)記25表示濾色片透射出的光發(fā)送至PIN光電探測(cè)器后，該P(yáng)IN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)幅值。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一:參見圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，包括ASE光源I, 3dB稱合器2、I XN光開關(guān)3、N個(gè)光纖光柵傳感器4、I XN分路器5、N個(gè)濾色片6、2N個(gè)PIN光電探測(cè)器、信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8、單片機(jī)9、RJ45端口 10和上位機(jī)11 ;2N個(gè)PIN光電探測(cè)器分成2組，每組內(nèi)有N個(gè)PIN光電探測(cè)器，所述的ASE光源I的光信號(hào)輸出端與3dB稱合器2的光信號(hào)輸入端連接,3dB f禹合器2的光信號(hào)輸入輸出端與IXN光開關(guān)3的光信號(hào)第一輸入輸出端連接,所述的I XN光開關(guān)3的其余N個(gè)光信號(hào)輸入輸出端 分別與N個(gè)光纖光柵傳感器4的輸入輸出端連接，所述N為大于I的正整數(shù)，所述的3dB稱合器2的光信號(hào)輸出端與I XN分路器5的光信號(hào)輸入端連接,所述的I XN分路器5的N個(gè)光信號(hào)輸出端輸出的光信號(hào)分別入射至N個(gè)濾色片6，經(jīng)N個(gè)濾色片6透射的光信號(hào)分別入射至一組PIN光電探測(cè)器中的N個(gè)PIN光電探測(cè)器7-1的光敏面；經(jīng)N個(gè)濾色片6反射的光信號(hào)分別入射至另一組PIN光電探測(cè)器中的N個(gè)PIN光電探測(cè)器7-2的光敏面，2N個(gè)PIN光電探測(cè)器的電信號(hào)的輸出端分別與信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8的2N個(gè)模擬電信號(hào)的輸入端連接，所述的信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8的數(shù)字電信號(hào)輸出端與單片機(jī)9的電信號(hào)輸入端連接，所述的單片機(jī)9的控制信號(hào)輸出端與IXN光開關(guān)3的控制信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)9的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端通過RJ45端口 10與上位機(jī)11的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接。所述的單片機(jī)9的控制信號(hào)輸出端與IXN光開關(guān)3的控制信號(hào)輸入端連接，用于實(shí)現(xiàn)選擇I XN光開關(guān)3中的某一路開關(guān)的打開和閉合。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的區(qū)別在于，所述的信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8中的A/D轉(zhuǎn)換器是16位。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的區(qū)別在于，所述的單片機(jī)9通過100M以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)11端監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的區(qū)別在于，所述的IXN分路器5的N個(gè)光信號(hào)輸出端輸出的N路光信號(hào)相同。
具體實(shí)施方式
五:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的區(qū)別在于，所述的ASE光源I是放大自發(fā)輻射光源，其波長(zhǎng)范圍從1525nm到1565nm，光強(qiáng)為20 200mW。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的區(qū)別在于，所述的N個(gè)濾色片6的波長(zhǎng)范圍均是從1525nm到1565nm。
具體實(shí)施方式
七:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的區(qū)別在于，所述的N個(gè)濾色片6的中心波長(zhǎng)按從小到大的順序排列，且相鄰的濾色6片對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)差為2nm，每個(gè)濾色片6的反射/透射過度帶寬為2nm，對(duì)應(yīng)光強(qiáng)衰減為20dB。所述的濾色片6的中心波長(zhǎng)是其波長(zhǎng)范圍的中間值。
具體實(shí)施方式
八:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七的區(qū)別在于，所述的N為小于等于20的正整數(shù)。
具體實(shí)施方式
九:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的區(qū)別在于，所述的I XN光開關(guān)3采用高速半導(dǎo)體光開關(guān),通道切換時(shí)間為ns級(jí)。原理分析:ASE光源1發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)3dB耦合器2后發(fā)送至此時(shí)I X N光開關(guān)3某通道所在的光纖光柵傳感器4，經(jīng)此光纖光柵傳感器4傳感器反射回的光信號(hào)經(jīng)3dB耦合器2發(fā)送至1 XN分路器5，從1 X N分路器5輸出的N路光信號(hào)分別進(jìn)入N個(gè)濾色片6 ； 當(dāng)I X N分路器5輸出的光信號(hào)的波長(zhǎng)值小于濾色片6的波長(zhǎng)范圍值時(shí)，光信號(hào)透射濾色片6至與此濾色片6的光信號(hào)的輸出端連接的一個(gè)PIN光電探測(cè)器7-1，此PIN光電探測(cè)器7-1輸出的電信號(hào)值為最大值，與此濾色片6鏈接的另一個(gè)PIN光電探測(cè)器7-2輸出模擬電信號(hào)值為最小值，具體參見圖3 ；當(dāng)I XN分路器5輸出的光信號(hào)的波長(zhǎng)值大于濾色片6的波長(zhǎng)范圍值時(shí)，光信號(hào)經(jīng)此濾色片6反射至與此濾色片6光信號(hào)的輸出端所連接的一個(gè)PIN光電探測(cè)器7-2，此PIN光電探測(cè)器7-2輸出的電信號(hào)值為最大值，與此濾色片6鏈接的另一個(gè)PIN光電探測(cè)器7-1輸出的電信號(hào)值為最小值，具體參見圖4 ；當(dāng)I X N分路器 5輸出的光信號(hào)的波長(zhǎng)值處于濾色片6的波長(zhǎng)范圍值之內(nèi)時(shí)，此光信號(hào)平均分成兩路后，一路光信號(hào)透射此濾色片6，一路光信號(hào)經(jīng)此濾色片6反射，與此濾色片6所連接的兩個(gè)PIN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)值均是非最大值和非最小值，具體參見圖5 ；每個(gè)PIN光電探測(cè)器的輸出電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊8后，將PIN光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)，數(shù)字電信號(hào)經(jīng)單片機(jī)9處理變換為光纖光柵傳感器4的真實(shí)波長(zhǎng)值，通過RJ45端口 10，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)11上，進(jìn)行顯示及存儲(chǔ)。
權(quán)利要求1.一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于它包括ASE光源(l)，3dB率禹合器(2)、I X N光開關(guān)(3)、N個(gè)光纖光柵傳感器(4)、I X N分路器(5)、N個(gè)濾色片(6)、2N個(gè)PIN光電探測(cè)器、信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)、單片機(jī)(9)、RJ45端口(10)和上位機(jī)(11);2N個(gè)PIN光電探測(cè)器分成2組，每組內(nèi)有N個(gè)PIN光電探測(cè)器；所述的ASE光源(I)的光信號(hào)輸出端與3dB f禹合器(2)的光信號(hào)輸入端連接，3dB f禹合器(2)的光信號(hào)輸入輸出端與I XN光開關(guān)(3)的光信號(hào)第一輸入輸出端連接,所述的I XN光開關(guān)(3)的其余N個(gè)光信號(hào)輸入輸出端分別與N個(gè)光纖光柵傳感器(4)的輸入輸出端連接,所述N為大于I的正整數(shù)， 所述的3dBf禹合器(2)的光信號(hào)輸出端與IXN分路器(5)的光信號(hào)輸入端連接,所述的IXN分路器(5)的N個(gè)光信號(hào)輸出端輸出的光信號(hào)分別入射至N個(gè)濾色片(6)，經(jīng)N個(gè)濾色片(6)透射的光信號(hào)分別入射至一組PIN光電探測(cè)器中的N個(gè)PIN光電探測(cè)器(7-1)的光敏面?zhèn)€濾色片(6)反射的光信號(hào)分別入射至另一組PIN光電探測(cè)器中的N個(gè)PIN光電探測(cè)器(7-2)的光敏面，2Ν個(gè)PIN光電探測(cè)器的電信號(hào)的輸出端分別與信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)的2Ν個(gè)模擬電信號(hào)的輸入端連接，所述的信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)的數(shù)字電信號(hào)輸出端與單片機(jī)(9)的電信號(hào)輸入端連接，所述的單片機(jī)(9)的控制信號(hào)輸出端與I XN光開關(guān)(3)的控制信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)(9)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端通過RJ45端口(10)與上位機(jī)(11)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的信號(hào)放大及A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)中的A/D轉(zhuǎn)換器是16位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的單片機(jī)(9)通過100Μ以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)(11)端監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的IXN分路器(5)的N個(gè)光信號(hào)輸出端輸出的N路光信號(hào)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的ASE光源(I)是放大自發(fā)輻射光源，其波長(zhǎng)范圍從1525nm到1565nm，光強(qiáng)為20 200mW。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的N個(gè)濾色片￠)的波長(zhǎng)范圍均是從1525nm到1565nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的N個(gè)濾色片￠)的中心波長(zhǎng)按從小到大的順序排列，且相鄰的濾色(6)片對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)差為2nm，每個(gè)濾色片(6)的反射/透射過度帶寬為2nm，對(duì)應(yīng)光強(qiáng)哀減為20dB。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的N為小于等于20的正整數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，其特征在于，所述的IXN光開關(guān)(3)采用高速半導(dǎo)體光開關(guān)，通道切換時(shí)間為ns級(jí)。
專利摘要一種基于濾色片的多通道光纖光柵解調(diào)裝置，屬于光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域；本實(shí)用新型發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有光譜儀解調(diào)方式和采用掃描激光光源的解調(diào)方式的解調(diào)速度慢的問題，本實(shí)用新型所述的ASE光源發(fā)出的光經(jīng)3db耦合器后，進(jìn)入到1×N光開關(guān)，從1×N光開關(guān)某通道返回的含有光纖光柵波長(zhǎng)信息的光經(jīng)過3db耦合器進(jìn)入到1×N分路器，從1×N分路器與N個(gè)濾色片相連，從濾色片輸出光經(jīng)PIN光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換，最終得到所連接的光纖光柵傳感器返回光的真實(shí)波長(zhǎng)值在上位機(jī)上顯示及存儲(chǔ)；本實(shí)用新型廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域，比如進(jìn)行對(duì)溫度、應(yīng)力、位移等的監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01D5/26GK203100749SQ20132014333
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者呂國(guó)輝, 商紹華 申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)