專利名稱：基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀，屬于光纖光柵波長解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在許多特殊的場合，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，由于光譜儀的體積大、價(jià)格昂貴、速度慢等缺點(diǎn)，限制了其工程化的推廣應(yīng)用；對(duì)于采用濾色片進(jìn)行波長解調(diào)的方法，解調(diào)波長范圍有限，量程小，限制了光纖光柵傳感的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)有的光譜解調(diào)儀體積大，解調(diào)速度慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的光譜解調(diào)儀體積大，解調(diào)速度慢的問題，而提出了基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀?；趻呙杓す馄髟淼墓饫w光柵解調(diào)儀，它包括光纖掃描激光器、第二 3dB f禹合器、四個(gè)光纖耦合器分線盒、FP濾波器、多個(gè)PIN光電探測(cè)器、信號(hào)放大及A/D模塊、DAC轉(zhuǎn)換器、DSP微處理器、RJ45接口和計(jì)算機(jī)，所述光纖掃描激光器的光輸出端與第二 3dB稱合器的光輸入端相連,第二 3dB率禹合器的光輸出端同時(shí)與四個(gè)光纖I禹合器分線盒的光輸入端和FP濾波器的光輸入端相連，F(xiàn)P濾波器的光輸出端與一個(gè)PIN光電探測(cè)器的光輸入端相連，該P(yáng)IN光電探測(cè)器的電信號(hào)輸出端與信號(hào)放大及A/D模塊的一個(gè)模擬信號(hào)輸入端相連，四個(gè)光纖耦合器分線盒的16個(gè)返回端分別與16個(gè)PIN光電探測(cè)器的電信號(hào)輸入端相連，每個(gè)PIN光電探測(cè)器的電信號(hào)輸出端均與信號(hào)放大及A/D模塊的一個(gè)模擬信號(hào)輸入端相連，信號(hào)放大及A/D模塊的數(shù)字信號(hào)輸出端與DSP微處理器的數(shù)字信號(hào)輸入端相連，DSP微處理器的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端與DAC轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸入端相連,DAC轉(zhuǎn)換器的電壓信號(hào)輸出端與光纖掃描激光器的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)輸入端相連，DSP微處理器的串行通信接口信號(hào)輸出端與RJ45接口的接口信號(hào)輸入端相連，RJ45接口的輸出端與計(jì)算機(jī)的輸入端相連。本發(fā)明所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀通過光纖掃描激光器發(fā)出的光經(jīng)PIN光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換得到電信號(hào)，該電信號(hào)再經(jīng)放大、數(shù)字化轉(zhuǎn)換及DSP微處理器的處理，最終結(jié)果在計(jì)算機(jī)上顯示及存儲(chǔ)，本發(fā)明的體積比現(xiàn)有的光譜解調(diào)儀體積小1/3，解調(diào)速度比現(xiàn)有的光譜解調(diào)儀快了 30倍，能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，從而完成解調(diào)工作。本發(fā)明可用于工程中對(duì)壓強(qiáng)、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、流速、流量、粘度的檢測(cè)。


圖1是具體實(shí)施方式
二所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是具體實(shí)施方式
三所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中光纖耦合器分線盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、本實(shí)施方式所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀，它包括光纖掃描激光器a、第二 3dB稱合器6、四個(gè)光纖稱合器分線盒7、FP濾波器9、多個(gè)PIN光電探測(cè)器10、信號(hào)放大及A/D模塊11、DAC轉(zhuǎn)換器12、DSP微處理器13、RJ45接口 14和計(jì)算機(jī)15，所述光纖掃描激光器a的光輸出端與第二 3dB稱合器6的光輸入端相連,第二 3dB率禹合器6的光輸出端同時(shí)與四個(gè)光纖I禹合器分線盒7的光輸入端和FP濾波器9的光輸入端相連，F(xiàn)P濾波器9的光輸出端與一個(gè)PIN光電探測(cè)器10的光輸入端相連,該P(yáng)IN光電探測(cè)器10的電信號(hào)輸出端與信號(hào)放大及A/D模塊11的一個(gè)模擬信號(hào)輸入端相連，四個(gè)光纖耦合器分線盒7的16個(gè)返回端分別與16個(gè)PIN光電探測(cè)器10的電信號(hào)輸入端相連，每個(gè)PIN光電探測(cè)器10的電信號(hào)輸出端均與信號(hào)放大及A/D模塊11的一個(gè)模擬信號(hào)輸入端相連，信號(hào)放大及A/D模塊11的數(shù)字信號(hào)輸出端與DSP微處理器13的數(shù)字信號(hào)輸入端相連，DSP微處理器13的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端與DAC轉(zhuǎn)換器12的數(shù)字信號(hào)輸入端相連，DAC轉(zhuǎn)換器12的電壓信號(hào)輸出端與光纖掃描激光器a的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)輸入端相連,DSP微處理器13的串行通信接口信號(hào)輸出端與RJ45接口 14的接口信號(hào)輸入端相連，RJ45接口 14的輸出端與計(jì)算機(jī)15的輸入端相連。本實(shí)施方式中，每個(gè)光纖耦合器分線盒7有I個(gè)輸入端、4個(gè)輸出端和4路返回端，其具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。本實(shí)施方式中，采用FP濾波器后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)波長的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，極大地提高了儀器的測(cè)量精度和分辨率，與使用其它原理的解調(diào)儀相比，本發(fā)明的處理分辨率達(dá)到lpm，測(cè)量精度達(dá)到2pm，極大地提高了測(cè)量準(zhǔn)確性。
具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀的不同點(diǎn)在于，光纖掃描激光器a由電壓掃描FP濾波器1、半導(dǎo)體光放大器2、第一光隔離器3、第二光隔離器5和第一 3dB耦合器4組成，所述電壓掃描FP濾波器I的光輸出端與半導(dǎo)體光放大器2的光輸入端相連,半導(dǎo)體光放大器2的光輸出端與第一光隔離器3的光輸入端相連,第一光隔離器3的光輸出端與第一 3dB稱合器4的光輸入端相連,該第一 3dB稱合器4的一個(gè)光輸出端與第二光隔離器5的光輸入端相連,第一 3dB f禹合器4的另一個(gè)光輸出端為光纖掃描激光器a的光輸出端，第二光隔離器5的光輸出端與半導(dǎo)體光放大器2的光輸入端相連。
具體實(shí)施方式
三、結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀的不同點(diǎn)在于，光纖掃描激光器a由電壓掃描FP濾波器1、半導(dǎo)體光放大器2、第一光隔離器3、第二光隔離器5和第一 3dB耦合器4組成，所述半導(dǎo)體光放大器2的光輸出端與電壓掃描FP濾波器I的光輸入端相連，電壓掃描FP濾波器I的光輸出端與第一光隔離器3的光輸入端相連,第一光隔離器3的光輸出端與第一 3dB稱合器4的光輸入端相連,該第一 3dB稱合器4的一個(gè)光輸出端與第二光隔離器5的光輸入端相連,第一 3dB稱合器4的另一個(gè)光輸出端為光纖掃描激光器a的光輸出端，第二光隔離器5的光輸出端與半導(dǎo)體光放大器2的光輸入端相連。
具體實(shí)施方式
四、本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀的不同點(diǎn)在于，它還包括光纖傳感陣列8，所述四個(gè)光纖耦合器分線盒7的16個(gè)光信號(hào)輸入/輸出端分別連接光纖傳感陣列8的16個(gè)光信號(hào)輸出/輸入端。本實(shí)施方式中的光纖耦合器分線盒7的每個(gè)光信號(hào)輸入/輸出端均與光纖傳感陣列8的一個(gè)光信號(hào)輸出/輸入端相對(duì)應(yīng)連接。
具體實(shí)施方式
五、本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀的不同點(diǎn)在于，所述的光纖掃描激光器a的驅(qū)動(dòng)電壓的范圍是O 25V ;光纖掃描激光器a輸出的掃描激光波長范圍為1505nm 1595nm ;光纖掃描激光器a輸出的光功率大于6mW且小于20mW。
具體實(shí)施方式
六、本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀的不同點(diǎn)在于，F(xiàn)P濾波器9的溫度適應(yīng)范圍為-30°C 55°C。工作原理:當(dāng)激光形成后，電壓掃描FP濾波器輸出與驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)的波長光，此波長的光進(jìn)入半導(dǎo)體光放大器，放大后的光經(jīng)第一隔離器，進(jìn)入第一 3dB稱合器,一半光強(qiáng)的光輸出，另一半光強(qiáng)的光進(jìn)入其后方的第二隔離器，再進(jìn)入電壓掃描FP濾波器；從光纖掃描激光器輸出的光進(jìn)入第二 3dB稱合器,一部分經(jīng)過FP濾波器后,作為參考光信號(hào)進(jìn)入PIN光電探測(cè)器；另一部分光輸出到4個(gè)光纖耦合器分線盒，每個(gè)光纖耦合器分線盒有4路輸出4路返回端；每個(gè)光纖耦合器分線盒的4路輸出端輸出4路光纖耦合器陣列，4路光纖耦合器陣列輸出到各個(gè)傳感通道中，4個(gè)光纖耦合器分線盒的16個(gè)返回端對(duì)應(yīng)連接16個(gè)P IN光電探測(cè)器，光信號(hào)經(jīng)PIN光電轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)放大及A/D模塊放大及數(shù)字化轉(zhuǎn)換，最終結(jié)果在計(jì)算機(jī)上顯示及存儲(chǔ)。
權(quán)利要求
1.基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于，它包括光纖掃描激光器(a)、第二 3dB耦合器(6)、四個(gè)光纖耦合器分線盒(7)、FP濾波器(9)、多個(gè)PIN光電探測(cè)器(10)、信號(hào)放大及A/D模塊(11)、DAC轉(zhuǎn)換器(12)、DSP微處理器(13)、RJ45接口( 14)和計(jì)算機(jī)(15)， 所述光纖掃描激光器(a)的光輸出端與第二 3dB稱合器(6)的光輸入端相連,第二 3dB率禹合器(6)的光輸出端同時(shí)與四個(gè)光纖I禹合器分線盒(7)的光輸入端和FP濾波器(9)的光輸入端相連，F(xiàn)P濾波器(9)的光輸出端與一個(gè)PIN光電探測(cè)器(10)的光輸入端相連,該P(yáng)IN光電探測(cè)器(10)的電信號(hào)輸出端與信號(hào)放大及A/D模塊(11)的一個(gè)模擬信號(hào)輸入端相連，四個(gè)光纖耦合器分線盒(7)的16個(gè)返回端分別與16個(gè)PIN光電探測(cè)器(10)的電信號(hào)輸入端相連，每個(gè)PIN光電探測(cè)器(10)的電信號(hào)輸出端均與信號(hào)放大及A/D模塊(11)的一個(gè)模擬信號(hào)輸入端相連， 信號(hào)放大及A/D模塊(11)的數(shù)字信號(hào)輸出端與DSP微處理器(13)的數(shù)字信號(hào)輸入端相連，DSP微處理器(13)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端與DAC轉(zhuǎn)換器(12)的數(shù)字信號(hào)輸入端相連,DAC轉(zhuǎn)換器(12)的電壓信號(hào)輸出端與光纖掃描激光器(a)的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)輸入端相連，DSP微處理器(13)的串行通信接口信號(hào)輸出端與RJ45接口(14)的接口信號(hào)輸入端相連，RJ45接口(14)的輸出端與計(jì)算機(jī)(15)的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于，光纖掃描激光器(a)由電壓掃描FP濾波器(I)、半導(dǎo)體光放大器(2)、第一光隔離器(3)、第二光隔離器(5)和第一 3dB耦合器(4)組成， 所述電壓掃描FP濾波器(I)的光輸出端與半導(dǎo)體光放大器(2)的光輸入端相連,半導(dǎo)體光放大器(2)的光輸出端與第一光隔離器(3)的光輸入端相連,第一光隔離器(3)的光輸出端與第一 3dB I禹合器(4)的光輸入端相連,該第一 3dB I禹合器(4)的一個(gè)光輸出端與第二光隔離器(5)的光輸入端相連, 第一 3dB稱合器(4)的另一個(gè)光輸出端為光纖掃描激光器(a)的光輸出端,第二光隔離器(5)的光輸出端與半導(dǎo)體光放大器(2)的光輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于，光纖掃描激光器(a)由電壓掃描FP濾波器(I)、半導(dǎo)體光放大器(2)、第一光隔離器(3)、第二光隔離器(5)和第一 3dB耦合器(4)組成， 所述半導(dǎo)體光放大器(2)的光輸出端與電壓掃描FP濾波器(I)的光輸入端相連，電壓掃描FP濾波器(I)的光輸出端與第一光隔離器(3)的光輸入端相連,第一光隔離器(3)的光輸出端與第一 3dB I禹合器(4)的光輸入端相連,該第一 3dB I禹合器(4)的一個(gè)光輸出端與第二光隔離器(5)的光輸入端相連,第一 3dB稱合器(4)的另一個(gè)光輸出端為光纖掃描激光器(a)的光輸出端,第二光隔離器(5)的光輸出端與半導(dǎo)體光放大器(2)的光輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于，它還包括光纖傳感陣列(8),所述四個(gè)光纖f禹合器分線盒(7)的16個(gè)光信號(hào)輸入/輸出端分別連接光纖傳感陣列(8)的16個(gè)光信號(hào)輸出/輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于，所述的光纖掃描激光器(a)的驅(qū)動(dòng)電壓的范圍是O 25V ;光纖掃描激光器(a)輸出的掃描激光波長范圍為1505nm 1595nm ;光纖掃描激光器(a)輸出的光功率大于6mW且小于20mW。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于，F(xiàn)P濾波器(9)的溫度 適應(yīng)范圍為-30°C 55°C。
全文摘要
基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀，屬于光纖光柵波長解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。它為了解決現(xiàn)有的光譜解調(diào)儀體積大，解調(diào)速度慢的問題。光纖掃描激光器同時(shí)與第二光隔離器和第二3dB耦合器相連，第二光隔離器與光纖掃描激光器相連，第二3dB耦合器同時(shí)與四個(gè)光纖耦合器分線盒的四個(gè)光輸入端和FP濾波器的光輸入端相連，F(xiàn)P濾波器與PIN光電探測(cè)器相連，PIN光電探測(cè)器與信號(hào)放大及A/D模塊相連，四個(gè)光纖耦合器分線盒的16個(gè)返回端分別與16個(gè)PIN光電探測(cè)器的輸入端相連，光信號(hào)經(jīng)PIN光電轉(zhuǎn)換再經(jīng)信號(hào)放大及A/D模塊放大及數(shù)字化轉(zhuǎn)換，最終結(jié)果在計(jì)算機(jī)上顯示。它可用于工程中對(duì)壓強(qiáng)、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、流速、流量、粘度的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01D5/26GK103162720SQ20131008749
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者呂國輝, 商紹華, 王亮 申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)