基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统技术方案

基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统，其中光复用模块的输入端分别与光源模块和单片机模块连接，输出端与光解调模块连接。光复用模块包括光控开关、长周期光纤光栅阵列和光耦合器。单片机模块包括单片机最小系统和电平和逻辑关系转换模块。计算机检测系统通过串口将光控开关切换的指令传输至单片机模块，单片机模块接收到指令后控制引脚电平完成光路的切换。光解调模块的输入端和光复用模块相连，输出端通过通用接口总线和计算机检测系统相连。计算机模块通过GPIB发送对光解调模块的控制指令完成光信号的解调，解调后数据返回至计算机中进行数据处理。本专利能实时显示检测目标参数变化，可实现多点分散测量。可实现多点分散测量。可实现多点分散测量。

【技术实现步骤摘要】
基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统


[0001]本技术属于光纤光栅的传感领域，涉及基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统。

技术介绍

[0002]光纤光栅是近期发展非常迅速的光纤无源器件。光纤光栅的带宽范围大且波长选择性好，具有非传导性、高灵敏度、高分辨率、抗腐蚀、抗电磁干扰、极化不敏感等特点。由于光纤光栅与光纤之间天然的兼容性，光纤光栅易于与光纤连接且损耗低、光谱特性好、可靠性高。这些优点使光纤光栅以及基于光纤光栅的器件成为全光网中理想的关键器件。
[0003]LPFG的基本工作原理是将光源的光输入光纤，并经光纤传输至光栅区域，在光栅区域内，外界被测参数（如温度、曲率、折射率、应变等）与进入光栅区域的光相互作用，进而改变光的波长、强度、相位等参数。灵敏度较高、体积小，易于和基体结构集成，是智能结构传感器中十分重要的一类。
[0004]对传感信号的精密解调是光纤光传感器实用化的关键技术之一，为此，发展了多种技术用于波长编码的解调。如用匹配滤波法来对光纤光栅进行解调，该传感器结构简单、造价低廉，但该法对光栅匹配要求高，测量范围不大，相应速度低；应用可调谐F-P腔滤波器解调法，该法可达到较高的应变分辨率，但检测精度受F-P腔的稳定性及PZT的非线性影响。甘；采用波长周期性变化的窄带光谱扫描传感光纤光栅的反射谱，该种方法可以获得较高的信噪比和分辨率，但要求可调谐窄带光源输出光谱窄且光谱调谐范围宽。
[0005]上述这些方案各有优势，适用于不同传感系统的需求。但是，这些方案中很多可调谐设备是通过控制压电陶瓷来实现波长的选择，所以有一定的滞后性。而且在实际工作时，有回转率（扫描电压回到初始电压的速度）的限制。有些方案中的解调器件，譬如可调谐滤波器或者可调谐激光光源，都是比较昂贵，少则几千美金，多则上万美金，投入较大。
[0006]另一方面，光纤传感器的复用技术，是构建光纤分布式传感系统的关键，它决定了光纤传感网络的总体性能和制造成本。所谓的光纤传感器复用是将光纤传感网络中产生的众多传感信号汇集到一根单模光纤传输，并在解调端按一定的顺序将这些信号区分开来，这就是
[0007]由于缺少可行的复用和解复用技术，传感器在分布式光纤传感领域没有得到广泛的应用。挖掘光纤巨大带宽潜力，提高光纤通信容量，光复用技术应运而生。其工作机理是在单根光纤上通过光物理参量的选用与匹配，形成多类光复合组合形式，建构多个或多类传感器，实现多点准分布式监测。作为光纤光栅复用的3 大经典复用形式，波分复用，时分复用和频分复用在最近20 年得到了广泛研究。
[0008]如何构建小型化、便携式、多通道检测、高灵敏度并且能够应用于现场实时分析的长周期光纤复用解调设备是一项急待解决的任务。根据工程应用的需要，需要选择和设计一种体积小、价格低、灵敏度高、光能利用率高、操作简单的波长位移检测技术，能实时显示检测目标参数变化，可实现多点分散测量、集中检测。
[0009]目前为止，还没有人提出基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用实时传感系统。系统通过光开关进行光路切换，通过衍射光栅利用多缝衍射和干涉作用﹐将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散，再经成像镜聚焦而形成光谱。光源波长在的透射强度由对应的各个传感的透射谱决定。将各个传感安装在需要传感的环境中,环境中待测物理量改变时,各个传感的谐振波长发生漂移,其相对应的谐振波长和透射率就会发生变化,各个传感器可以通过谐振波长加以区分,达到复用解调的目的。

技术实现思路

[0010]针对以上问题，本技术提供基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统，解调的方案有一定的滞后性，在实际工作时，有回转率（扫描电压回到初始电压的速度）的限制，而且有些解调器件比较昂贵，另外光纤光栅的多点分散测量、集中检测也成为光纤光栅传感技术实用化发展的迫切需求，本专利提供一种基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统，采用光控开关进行空分复用，利用衍射光栅对波长进行解调。该系统体积小、价格低、灵敏度高、光能利用率高，能实时显示检测目标参数变化，可实现多点分散测量；
[0011]本技术的原理为：光源模块发出光信号，经光复用模块对光信号进行复用，其中光复用模块中光控开关通过单片机进行光路的切换，光信号复用后的信号经光解调模块对LPFG光信号进行解调。在光信号解调模块中，被阵列调制的光信号进入反射镜中，通过调整衍射光栅的位置可对光信号的波长范围进行扫描，不同的衍射光栅角度会将不同波长分离，经反射镜反射传输至探测器，最终被探测器检测，实现光谱分析。解调后的光信号的数据返回至计算机检测系统进行数据处理；
[0012]为达此目的，本技术提供基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统，包括光源模块、光复用模块、单片机模块、计算机检测系统和光解调模块，所述的光复用模块的输入端分别与所述的光源模块和所述的单片机模块连接，所述的光复用模块的输出端与所述的光解调模块连接，所述的光复用模块包括光控开关、阵列和光耦合器，所述的单片机模块包括单片机最小系统和电平和逻辑关系转换模块，电平和逻辑关系转换模块实现了USB转TTL并与单片机最小系统相连，所述的计算机检测系统通过串口将光控开关切换的指令传输至所述的单片机模块，所述的单片机模块接收到指令后控制引脚电平完成光路的切换，所述的光解调模块的输入端和所述的光复用模块相连，输出端通过GPIB和所述的计算机检测系统（4）相连，所述的光解调模块包括反射镜、衍射光栅和探测器，所述的计算机检测系统（4）通过GPIB发送对所述的光解调模块的控制指令完成光信号的解调，解调后数据返回至所述的计算机检测系统中进行数据处理。
[0013]作为本技术进一步改进，所述的光源模块为超宽带光源，光谱范围为1250~1630nm，输出功率大于8.5mW，完全满足的损耗峰范围。
[0014]作为本技术进一步改进，所述的光复用模块由光控开关、阵列和光耦合器组成，光控开关选用1
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８机械式可控光开关，通过移动内部光纤将光信号直接耦合到输出端，光路切换时间小于10ms，通过改变引脚电平来实现光路的切换，光耦合器选用光纤耦合器，在系统中，光开关的通道数目为8个，因此选择的是8
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1的光纤耦合器，完成八个光路的八合一。
[0015]作为本技术进一步改进，所述的单片机模块由单片机最小系统和电平和逻辑关系转换模块组成，单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分组成，电平和逻辑关系转换模块将USB电平转为TTL电平，即通过单片机最小系统串口连接电平和逻辑关系转换模块，用USB连接线把所述的计算机检测系统和所述的单片机模块进行连接，下载程序和进行串口通信。
[0016]作为本技术进一步改进，所述的光解调模块由反射镜、衍射光栅和探测器组成，被阵列调制的光信号进入反射镜中，通过调整衍射光栅的位置可对光信号的波长范围进行扫描，不同的衍射光栅角度会将不同波长分离，经反射镜反射传输至探测器，最终被探测器检测，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于衍射光栅的长周期光纤光栅空分复用解调系统，包括光源模块（1）、光复用模块（2）、单片机模块（3）、计算机检测系统（4）和光解调模块（5），其特征在于，所述的光复用模块（2）的输入端分别与所述的光源模块（1）和所述的单片机模块（3）连接，所述的光复用模块（2）的输出端与所述的光解调模块（5）连接，所述的光复用模块（2）包括光控开关、阵列和光耦合器，所述的单片机模块（3）包括单片机最小系统和电平和逻辑关系转换模块，电平和逻辑关系转换模块实现了USB转TTL并与单片机最小系统相连，所述的计算机检测系统（4）通过串口将光控开关切换的指令传输至所述的单片机模块（3），所述的单片机模块（3）接收到指令后控制引脚电平完成光路的切换，所述的光解调模块（5）的输入端和所述的光复用模块（2）相连，输出端通过GPIB和所述的计算机检测系统（4）相连，所述的光解调模块（5）包括反射镜、衍射光栅和探测器，所述的计算机检测系统（4）通过GPIB发送对所述的光解调模块（5）的控制指令完成光信号的解调，解调后数据返回至所述的计算机检测系统（4）中进行数据处理。2.根据权利要求1所述的基于衍射光栅的长周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡兴柳，沈浩，王彦，司海飞，方挺，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：新型
国别省市：