專利名稱：一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及查詢設備的技術領域，具體地說是一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀。
背景技術：
隨著光通信技術的發(fā)展，光通信中的一些技術逐漸為傳感領域中的應用提供了技術平臺，光纖光柵就是其中之一。以光纖光柵技術為基礎的光纖光柵傳感器正成為傳感器研究領域中的又一大熱點。同傳統(tǒng)的電傳感器相比，光纖光柵傳感器在傳感網(wǎng)絡應用中具有非常明顯的技術優(yōu)勢1.可靠性好、抗干擾能力強，由于光纖光柵對被感測信息用波長編碼，而波長是一種絕對參量，它不受光源功率波動以及光纖彎曲等因素引起的系統(tǒng)損耗的影響，因而光纖光柵傳感器具有非常好的可靠性和穩(wěn)定性；2.傳感頭結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小，適于各種應用場合，尤其適合于埋入材料內(nèi)部構(gòu)成所謂的智能材料或結(jié)構(gòu)；3.抗電磁干擾、抗腐蝕、能于惡劣的化學環(huán)境下工作；4.可復用性強，采用多個光纖光柵傳感器，可以構(gòu)成分布式光纖傳感網(wǎng)絡。
光纖布喇格光柵傳感器查詢儀可采用各種技術方案來實現(xiàn)，目前使用最廣泛的是MOI的Si425查詢儀，它具有4個50nm查詢帶寬通道，數(shù)據(jù)更新頻率為250Hz。此類查詢儀僅能測出傳感器的峰值反射波長的實時數(shù)據(jù)，而不能提供其波譜形狀的信息，但在許多應用中，傳感器反射波形及其變化是一個非常重要的信息，因此，MOI公司又開發(fā)了用高速AD交換電路作為數(shù)據(jù)采集單元的Si720查詢儀，它具有2個50nm查詢帶寬的通道，數(shù)據(jù)更新頻率為5Hz。盡管其是目前應用最廣泛、綜合性最好的查詢儀，但仍遠遠不能滿足現(xiàn)代工程應用要求，其存在以下主要不足1.等效查詢帶寬太小，目前其性能最好的是MOI的Si425，約有200nm，以2nm傳感器動態(tài)范圍計算，約能查詢100個傳感器，但現(xiàn)代許多力學研究測量和監(jiān)控，如大跨度的橋梁結(jié)構(gòu)應用，需要1000個以上的測量點，相當于10臺以上的Si425等效查詢帶寬的總和，更重要的是在許多應用場合，如力學結(jié)構(gòu)中波的傳播和模式分析中，所有測量點的數(shù)據(jù)必須同步，因此，不能用多臺查詢儀并用的方式來解決查詢帶寬不足的問題，目前仍未有任何形式的查詢儀具有超過200nm的查詢帶寬。2.查詢帶寬擴展能力小或幾乎沒有，由于查詢帶寬的擴展受中央控制處理單元數(shù)據(jù)處理能力的限制，在MOI公司的Si425中實際上已達到了飽和程度，也就是當傳感器數(shù)量達到100個以上，數(shù)據(jù)更新頻率從250Hz下降到25Hz，C信號處理處理能力弱，現(xiàn)代高性能的查詢儀仍采用通用的微處理器(MPU)，而不是專用的數(shù)字信號處理器(DSP)作為信號波譜處理部件，無法對大量高速掃描的波譜進行實時分析處理，如MOI的Si720的數(shù)據(jù)更新頻率僅5Hz，使應用場合受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，它可克服現(xiàn)有技術中的一些不足。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，它包括中央數(shù)據(jù)處理控制模塊，與中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接的窄帶掃描光源，其特征在于中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接模塊通訊總線，窄帶掃描光源連接模塊光源分配器，模塊光源分配器至少連接一個傳感器查詢通道模塊，傳感器查詢通道模塊連接模塊通訊總線。
本發(fā)明采用可擴展模塊化結(jié)構(gòu)，使等效負載帶寬大大增加，儀器有一個中央數(shù)據(jù)處理控制模塊和若干個可擴充的功能模塊組成。中央數(shù)據(jù)處理控制模塊負責各功能模塊數(shù)據(jù)采集的同步，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序，以及工作狀態(tài)等控制；光源掃描的控制，光波長標準的產(chǎn)生，檢測數(shù)據(jù)的后道處理和輸出，以及程序的更新。各功能模塊是一個相對獨立的數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)。功能模塊的性能不會隨著系統(tǒng)的擴展而降低，系統(tǒng)的擴展能力僅由掃描光源的輸出功率和檢測電路的靈敏度所限制。隨著技術的發(fā)展，掃描光源的輸出功率將越來越大，檢測電路的靈敏度越來越高，儀器的負載能力將隨之擴展，而不需要對整個儀器進行重新設計。功能模塊共享儀器中昂貴的掃描光源和波長標準模塊，從而使儀器的單位測量點的硬件成本隨著測量點的增加而大大降低，采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換技術記錄傳感器的全波譜信息，配合數(shù)字信號處理技術使得查詢儀不僅能測出各傳感器的中心波長移動，而且能提供其波形的變化信息，采用高性能的數(shù)字信號處理器(DSP)進行實時數(shù)據(jù)采樣的波譜分析。多DSP協(xié)同處理，使查詢儀在保持高掃描頻率的同時，實現(xiàn)實時波譜分析，再者，采用可擴展模塊化的設計，擴展傳感器負載能力只需要插入一個或若干個功能模塊即可，儀器的操作方面、性能指標和對傳感器的要求保持不變。


附圖1為本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)示意圖附圖2為本發(fā)明傳感器查詢通道模塊結(jié)構(gòu)示意圖附圖3為本發(fā)明擴展結(jié)構(gòu)示意圖附圖4為本發(fā)明傳感器查詢通道模塊擴展結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式
本發(fā)明主要包括中央數(shù)據(jù)處理控制模塊1，與中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接的窄帶掃描光源2，其特征在于中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接模塊通訊總線3，窄帶掃描光源連接模塊光源分配器4，模塊光源分配器至少連接一個傳感器查詢通道模塊5，傳感器查詢通道模塊連接模塊通訊總線，在中央數(shù)據(jù)處理控制模塊和模塊光源分配器之間可選擇接入一波長標準模塊6，波長標準模塊上設有梳狀濾波器7和信號檢測電路8，中央數(shù)據(jù)處理控制模塊中設有DSP處理器，傳感器查詢通道模塊內(nèi)設有數(shù)據(jù)控制處理模塊9，數(shù)據(jù)控制處理模塊連接數(shù)據(jù)采集電路10，數(shù)據(jù)采集電路通過光偶合器11連接通道光源分配器12，數(shù)據(jù)控制處理模塊中設有DSP處理器，所用DSP處理器為德州儀器公司出品的Mcs320c6000系列。
具體實施中先用窄帶掃描光源進行掃描，然后將掃描成形的光數(shù)據(jù)送入模塊光源分配器進行光分配，分配完成后的掃描光源經(jīng)光偶合器被送入光電轉(zhuǎn)換器中進行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路后送入數(shù)據(jù)控制處理模塊進行處理，處理完后的數(shù)據(jù)通過模塊通訊總線最后被送入中央數(shù)據(jù)處理控制模塊。
本發(fā)明提供了一個可擴展模塊化設計的查詢儀，其中，窄帶掃描光源可采用任何具有掃描功能的，并且線寬足夠窄的光源模塊，如光纖掃描激光器、半導體掃描激光器，以及寬帶光源加上可變波長濾波器等模塊，波長標準模塊可用任何可對掃描光源進行定標的器件，如梳狀濾波器和氣體波長標準器等，如果窄帶掃描光源的波長與掃描電壓的對應關系足夠穩(wěn)定，可直接對其定標，以省略波長標準通道，傳感器查詢通道模塊中的數(shù)據(jù)采集電路可采用高速AD轉(zhuǎn)換方法，對使用MPU作為模塊控制和處理電路的設計可直接移現(xiàn)有技術中的中央控制處理單元與數(shù)據(jù)采集有關的子系統(tǒng)，對使用DSP作為模塊控制和處理電路的設計可移植在光纖通訊中為OPM所開發(fā)的DSP實時光譜分析處理系統(tǒng)，如加拿大的OPTOVATION的OPM系統(tǒng)來實施，對多DSP實時光譜分析處理系統(tǒng)，DSP之間的通訊寬帶是系統(tǒng)設計的要點，每秒1700兆字節(jié)節(jié)點數(shù)據(jù)通訊量的SOLANO芯片提供了足夠的通訊帶寬。
本光纖布喇格光柵傳感器查詢儀可在各個領域中被廣泛使用，如橋梁施工領域、建筑施工領域、海洋石油平臺領域、油田開發(fā)領域及航空航天領域、大壩施工領域等。在橋梁、建筑、大壩施工領域中，纖布喇格光柵傳感器查詢儀提供了一種安全監(jiān)測的方法，而且也可以為監(jiān)測交通工具的速度、載重及種類提供很重要的數(shù)據(jù)，其測量精度可以達到幾個微應變級，具有很好的可靠性，可實現(xiàn)動態(tài)測量，采用分布式埋入可以實現(xiàn)對整個橋梁或建筑物的安全狀況監(jiān)測，從而防止工程及交通事故的發(fā)生。在在航空航天領域，飛行安全是人們十分關注的一個方面。光纖光柵傳感器具有體積小，重量輕，靈敏度高等優(yōu)點，將光纖光柵埋入飛行器或者發(fā)射塔結(jié)構(gòu)中，組成分布式智能傳感網(wǎng)絡，可以對飛行器及發(fā)射塔的內(nèi)部機械性能及外部環(huán)境進行實時監(jiān)測，提高了整體安全系數(shù)。除此之外，本發(fā)明還可用于軍事戰(zhàn)機、艦艇的結(jié)構(gòu)監(jiān)測，電學傳感器的更新，以及光學聲納系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，它包括中央數(shù)據(jù)處理控制模塊，與中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接的窄帶掃描光源，其特征在于中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接模塊通訊總線，窄帶掃描光源連接模塊光源分配器，模塊光源分配器至少連接一個傳感器查詢通道模塊，傳感器查詢通道模塊連接模塊通訊總線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于在中央數(shù)據(jù)處理控制模塊和模塊光源分配器之間可選擇接入一波長標準模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于波長標準模塊上設有梳狀濾波器和信號檢測電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于中央數(shù)據(jù)處理控制模塊中設有DSP處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于傳感器查詢通道模塊內(nèi)設有數(shù)據(jù)控制處理模塊，數(shù)據(jù)控制處理模塊連接數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集電路通過光偶合器連接通道光源分配器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，其特征在于數(shù)據(jù)控制處理模塊中設有DSP處理器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖布喇格光柵傳感器查詢儀，中央數(shù)據(jù)處理控制模塊連接模塊通訊總線，窄帶掃描光源連接模塊光源分配器，模塊光源分配器至少連接一傳感器查詢通道模塊，傳感器查詢通道模塊連接模塊通訊總線，本發(fā)明采用可擴展模塊結(jié)構(gòu)，只需插入一個或若干個功能模塊即可，可使等效負載帶寬大大增加，儀器有一個中央控制模塊和若干個可擴充的功能模塊組成，各功能模塊是一個相對獨立的數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)，其功能不會隨著系統(tǒng)的擴展而降低，解決了因傳感器數(shù)量增加而導致數(shù)據(jù)更新頻率降低的問題，功能模塊共享儀器中昂貴的掃描光源和光波長標準器，從而使儀器的單位測量點的硬件成本隨著測量點的增加而大大降低，再者，采用高性能AD轉(zhuǎn)換技術記錄傳感器的全光譜信息，并配合數(shù)字信號處理技術，使得查詢儀不僅能測出各傳感器的中心波長移動，而且能提供其波形的變化信息和進行實時數(shù)據(jù)采樣的波譜分析。
文檔編號G01D5/26GK1529131SQ0315121
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月26日
發(fā)明者黃一平, 王建華 申請人:王建華