本實(shí)用新型屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有自適應(yīng)功能的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光纖光柵傳感器由于其體積小、重量輕、耐腐蝕、靈敏度高、不受電磁干擾、成本低、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，已被應(yīng)用于光纖溫深鏈、光纖溫深剖面儀、光纖水聽器等，在海洋水文監(jiān)測(cè)、水聲監(jiān)測(cè)及非聲反潛探測(cè)等軍、民用領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

光纖光柵傳感器是利用光纖光柵反射光波長(zhǎng)隨溫度、應(yīng)力變化的特性，實(shí)現(xiàn)物理量的測(cè)量，因此光纖光柵反射光波長(zhǎng)的解調(diào)方法是光纖光柵傳感技術(shù)的核心技術(shù)，波長(zhǎng)的測(cè)量精確性決定了傳感器的性能。

目前普遍使用的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，具備高精度能力的都存在一些限制條件。例如，對(duì)工作環(huán)境要求嚴(yán)格，工作溫度必須在一定范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，否則誤差比較大；對(duì)輸入信號(hào)的光功率有范圍要求，只對(duì)在一定功率范圍內(nèi)的信號(hào)可以達(dá)到高精度，如果輸入信號(hào)功率太低則誤差較大；掃描速度低，在低速的前提下達(dá)到高精度解調(diào)，一旦速度提高則不保證精度。

導(dǎo)致上述問題的原因有以下幾點(diǎn)。首先，光學(xué)器件受溫度影響非常嚴(yán)重，在不同工作環(huán)境下特別是在高溫和低溫條件下，輸出波長(zhǎng)與實(shí)際波長(zhǎng)值存在偏差，嚴(yán)重影響性能；其次，應(yīng)用于不同領(lǐng)域和環(huán)境中的光纖光柵傳感器反射回來的光信號(hào)強(qiáng)度有強(qiáng)有弱，要做到很大的動(dòng)態(tài)范圍必須做相應(yīng)處理，否則只能專機(jī)專用限制其輸入信號(hào)；最后，在算法上實(shí)現(xiàn)高精度一般要求比較高的速度，在一個(gè)掃描周期內(nèi)采集更多的點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算，這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)量增加，對(duì)處理速度要求更高，如果無法實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)處理只能降低掃描速度或者較少采樣點(diǎn)。從而降低了精確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種具有自適應(yīng)功能的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，能適用于不同工作環(huán)境、根據(jù)外界環(huán)境的變化自適應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整各項(xiàng)配置參數(shù)、且具備高速能力，在保持高掃描頻率的前提下可以提供算法更多優(yōu)化空間，實(shí)現(xiàn)高精度解調(diào)性能。

本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，包括解調(diào)電路板、恒溫機(jī)箱和光路模塊，所述的解調(diào)電路板和光路模塊封裝在恒溫機(jī)箱內(nèi)；所述的解調(diào)電路板包括FPGA主控單元、兩路AD模塊、兩路動(dòng)態(tài)增益調(diào)理模塊、兩路光電探測(cè)器模塊、驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊、DA模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊、網(wǎng)口模塊和串口模塊；所述的恒溫機(jī)箱包括熱敏電阻模塊、溫控模塊和TEC恒溫控制模塊；所述的光路模塊包括ASE光源、可調(diào)諧濾波器、耦合器、標(biāo)準(zhǔn)具、分束器和FBG傳感器。所述的光路模塊內(nèi)的ASE光源與可調(diào)諧濾波器相連，該可調(diào)諧濾波器與耦合器，耦合器的一端通過光信號(hào)1與分束器相連，分束器與FBG傳感器相連，耦合器的另一端通過光信號(hào)2與標(biāo)準(zhǔn)具相連。

作為優(yōu)選，所述的FPGA主控單元與驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊、DA模塊相連，該DA模塊與驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊相連，驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊與可調(diào)諧濾波器相連。

作為優(yōu)選，所述的標(biāo)準(zhǔn)具與兩路光電探測(cè)器模塊中的其中一路光電探測(cè)器0相連，光電探測(cè)器0與兩路動(dòng)態(tài)增益調(diào)理模塊的其中一路動(dòng)態(tài)增益調(diào)理模塊0相連，動(dòng)態(tài)增益調(diào)理模塊0與兩路AD模塊的其中一路AD模塊0相連，AD模塊0與FPGA主控單元相連。

作為優(yōu)選，所述的分束器與兩路光電探測(cè)器模塊中的其中一路光電探測(cè)器1相連，光電探測(cè)器1與兩路動(dòng)態(tài)增益調(diào)理模塊的其中一路動(dòng)態(tài)增益調(diào)理模塊1相連，動(dòng)態(tài)增益調(diào)理模塊1與兩路AD模塊的其中一路AD模塊1相連，AD模塊1與FPGA主控單元相連。

作為優(yōu)選，所述的恒溫機(jī)箱內(nèi)的熱敏電阻模塊通過溫度監(jiān)測(cè)模塊與FPGA主控單元相連，F(xiàn)PGA主控單元與溫控模塊相連，溫控模塊與TEC恒溫控制模塊相連。

作為優(yōu)選，所述的網(wǎng)口模塊和串口模塊與FPGA主控單元相連。

本實(shí)用新型的有益效果為：

本實(shí)用新型加入自適應(yīng)功能，系統(tǒng)分析外界環(huán)境變化，反饋進(jìn)行溫度控制、增益控制、驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制等，以達(dá)到系統(tǒng)最佳工作狀態(tài)，避免干擾，不但提高了系統(tǒng)的精度，也增加了系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性；

本實(shí)用新型采用高采樣率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在保持高掃描頻率的前提下采集更多的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，從而細(xì)化了分辨刻度、增加精度度；

本實(shí)用新型采用FPGA主控單元作為系統(tǒng)的核心控制單元，其具備的速度快、功耗低、為高速數(shù)據(jù)采集和高精度算法的實(shí)現(xiàn)提供了完美的解決方案、FPGA的靈活性，為系統(tǒng)的接口設(shè)置和擴(kuò)展提供便利條件。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。

附圖中的標(biāo)號(hào)分別為：1、解調(diào)電路板；2、恒溫機(jī)箱；3、光路模塊；4、FPGA主控單元；5、兩路AD模塊；6、兩路動(dòng)態(tài)增益調(diào)理模塊；7、兩路光電探測(cè)器模塊；8、驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊；9、DA模塊；10、溫度監(jiān)測(cè)模塊；11、網(wǎng)口模塊；12、串口模塊；13、熱敏電阻模塊；14、溫控模塊；15、TEC恒溫控制模塊；16、ASE光源；17、可調(diào)諧濾波器；18、耦合器；19、標(biāo)準(zhǔn)具；20、分束器；21、FBG傳感器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)的介紹：如附圖1、2所示，本實(shí)用新型包括解調(diào)電路板1、恒溫機(jī)箱2和光路模塊3，所述的解調(diào)電路板1和光路模塊3封裝在恒溫機(jī)箱2內(nèi)；所述的解調(diào)電路板1包括FPGA主控單元4、兩路AD模塊5、兩路動(dòng)態(tài)增益調(diào)理模塊6、兩路光電探測(cè)器模塊7、驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理模塊8、DA模塊9、溫度監(jiān)測(cè)模塊10、網(wǎng)口模塊11和串口模塊12；所述的恒溫機(jī)箱2包括熱敏電阻模塊13、溫控模塊14和TEC恒溫控制模塊15；所述的光路模塊3包括ASE光源16、可調(diào)諧濾波器17、耦合器18、標(biāo)準(zhǔn)具19、分束器20和FBG傳感器21。

本實(shí)用新型的具體工作流程如下：

1)、ASE光源16輸出解調(diào)光譜，范圍為1527nm-1567nm，進(jìn)入可調(diào)諧濾波器17中；

2)、FPGA主控單元4根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)控制DA模塊9輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并控制調(diào)理電路把驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到可調(diào)諧濾波器17工作范圍內(nèi)；

3)、可調(diào)諧濾波器17在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)輸入光信號(hào)進(jìn)行掃描并輸出，輸出的光信號(hào)進(jìn)入耦合器18；

4)、耦合器18把輸入光一分為二，光信號(hào)1直接進(jìn)入分束器20、光信號(hào)2進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)具19；

5)、標(biāo)準(zhǔn)具19把輸入信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生梳狀光譜強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)入光電探測(cè)器0；

6)、光信號(hào)1進(jìn)入分束器20后輸入到FBG傳感器21中，F(xiàn)BG傳感器21反射的光信號(hào)再通過分束器20進(jìn)入光電探測(cè)器1中；

7)、光電轉(zhuǎn)換輸出的電壓信號(hào)進(jìn)入動(dòng)態(tài)增益控制模塊，F(xiàn)PGA主控單元4根據(jù)初始設(shè)置的參數(shù)調(diào)整增益倍數(shù)進(jìn)行放大，放大輸出信號(hào)再經(jīng)過低通濾波器后輸入到AD采集模塊；

8)、FPGA主控單元4從AD模塊接收數(shù)據(jù)，并判斷其幅度值是否達(dá)到AD合適量程，若未達(dá)到或削波則控制動(dòng)態(tài)增益控制模塊進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，未達(dá)幅度要求的信號(hào)不做算法處理；

9)、網(wǎng)口模塊11用于傳輸采集到得數(shù)據(jù)點(diǎn)，串口模塊12用于上位機(jī)下載設(shè)置參數(shù)并上傳波長(zhǎng)數(shù)據(jù)；

10)、由于可調(diào)諧濾波器17長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)積累電荷，并導(dǎo)致偏移誤差，F(xiàn)PGA主控單元4對(duì)每個(gè)掃描周期內(nèi)采集到得標(biāo)準(zhǔn)具19信號(hào)進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)偏移情況，便通過控制調(diào)理模塊8調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，從而消除偏移誤差；

系統(tǒng)光學(xué)器件設(shè)定的工作溫度為25℃，為了保持這個(gè)恒定工作溫度、避免溫度變化對(duì)精度的影響，系統(tǒng)把對(duì)溫度敏感的器件封裝在恒溫機(jī)箱2中，F(xiàn)PGA主控單元4通過熱敏電阻13監(jiān)測(cè)恒溫盒內(nèi)溫度，當(dāng)溫度偏移時(shí)，F(xiàn)PGA主控單元4通過控制溫控模塊14作用于TEC模塊15進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)恒溫控制功能。

本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施方式，不論在其形狀或材料構(gòu)成上作任何變化，凡是采用本實(shí)用新型所提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是本實(shí)用新型的一種變形，均應(yīng)認(rèn)為在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。