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一種光纖光柵解調(diào)儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于：包括掃描光源(1)、分光比為99:1的耦合器(2)、PLC分路器模塊(3)、多個3dB耦合器(4)、光纖光柵陣列(6)、參考光路(7)、數(shù)據(jù)采集模塊(12)、主控板(13)、工控機(jī)(17)和顯示器(18)，其中，所述參考光路(7)包括第一參考光柵(8)、第二參考光柵(9)、第三參考光柵(10)和溫度傳感器，溫度傳感器與主控板連接，第一參考光柵(8)的波長λ2和第二參考光柵(9)的波長λ3靠近系統(tǒng)波長的一端，第三參考光柵(10)的波長λ4靠近系統(tǒng)波長的另一端，且λ4-λ3和λ3-λ2的比例在4:1到7:1之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型利用簡單的3個參考光柵和1個溫度傳感器來代替價格昂貴的FP標(biāo)準(zhǔn)具作為參考光路，很有效地消除了消除掃描光源的本身蠕變，滯后和漂移使光源輸出波長發(fā)生變化對解調(diào)的精度和準(zhǔn)確度的影響。
【專利說明】一種光纖光柵解調(diào)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光纖光柵解調(diào)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來基于光纖光柵溫度和壓力傳感器測量系統(tǒng)在電力能源、石油化工、軌道交通、隧道橋梁等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，成為經(jīng)濟(jì)增長的一個亮點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)也成為人們研究的熱點(diǎn)。光纖光柵測量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的實(shí)時測量和監(jiān)控，且具有測量范圍寬，高精度和高穩(wěn)定度的特點(diǎn)，特別是在強(qiáng)電磁干擾場合或者防爆場合優(yōu)勢尤為明顯。
[0003]傳統(tǒng)上，光纖光柵解調(diào)技術(shù)采用光譜儀，濾色片以及波長計，但這些解調(diào)系統(tǒng)存在價格昂貴，體積大等缺點(diǎn)，不適合工程應(yīng)用。為此人們相繼提出許多適合工程應(yīng)用的解調(diào)方法?；趻呙韫庠吹慕庹{(diào)方案是目前常見的解調(diào)方法之一。掃描光源的解調(diào)方法本質(zhì)上仍是基于可調(diào)諧FP技術(shù)，在掃描光源FP濾波器上的壓電體PZT上加載一定電壓，調(diào)節(jié)PZT腔間隔，從而使掃描光源輸出特定的波長。由于壓電體PZT結(jié)構(gòu)本身存在蠕變、滯后和漂移等缺點(diǎn)，故解調(diào)儀需要有參考光路對解調(diào)波長進(jìn)行修正，以消除這些影響，提高解調(diào)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。傳統(tǒng)的做法是參考光路采用熱穩(wěn)定性良好的FP標(biāo)準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)，但FP標(biāo)準(zhǔn)具價格昂貴，只適合實(shí)驗(yàn)室原理驗(yàn)證，不適合工程實(shí)際應(yīng)用。同時在多通道應(yīng)用中，由于每個通道的光柵數(shù)量和間隔不一樣，導(dǎo)致光柵反射回來的信號大小不一樣，如何使光柵信號檢測電路具有通用性和兼容性以適應(yīng)不同通道的要求也是解調(diào)方案需要研究的內(nèi)容，目前從公布的現(xiàn)有技術(shù)來看還沒有很好的解決辦法。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種光纖光柵解調(diào)儀，該解調(diào)儀方案能消除由于掃描光源本身蠕變、滯后和漂移使波長解調(diào)結(jié)果產(chǎn)生影響，從而正確解調(diào)出波長數(shù)據(jù)。
[0005]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:該光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于:包括掃描光源、分光比為99:1的稱合器、PLC分路器模塊、多個3dB稱合器、光纖光柵陣列、參考光路、數(shù)據(jù)采集模塊、主控板、工控機(jī)和顯示器，其中掃描光源的電源輸入端與主控板連接，掃描光源在主控板輸出的掃描電壓控制下輸出光信號，掃描光源輸出的光信號通過耦合器的A端進(jìn)入，耦合器的B端為分光比中99的部分，耦合器的C端為分光比I中I的部分，耦合器的B端接PLC分路器模塊，耦合器的C端進(jìn)入?yún)⒖脊饴罚琍LC分路器模塊的各通道輸出端分別通過一個3dB耦合器后進(jìn)入光纖光柵陣列，光纖光柵陣列中光纖光柵反射回來的信號依次通過與其連接的3dB耦合器傳到數(shù)據(jù)采集模塊，參考光路的輸出端也與數(shù)據(jù)采集模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊與主控板連接，主控板與工控機(jī)連接，工控機(jī)與顯示器連接；
[0006]其中，所述參考光路包括第一參考光柵、第二參考光柵、第三參考光柵和溫度傳感器，溫度傳感器與主控板連接，上述三個參考光柵的波長需要滿足一定要求，才能對掃描光源進(jìn)行修正和補(bǔ)償，以消除掃描光源漂移，蠕變對系統(tǒng)測量精度和穩(wěn)定性的影響，同時也可補(bǔ)償掃描光源的非線性。系統(tǒng)選取的光柵信號波段范圍在λ I到λ 5之間,則要求掃描光源的波長掃描范圍總是在λ I到λ 5之間，使解調(diào)系統(tǒng)不遺漏光柵，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，參考光柵選取準(zhǔn)則:第一參考光柵的波長λ 2和第二參考光柵的波長λ 3靠近系統(tǒng)波長的一端λ I,第三參考光柵的波長λ 4靠近系統(tǒng)波長的另一端λ 5,且λ4_λ3和λ3_λ2的比例在4:1到7:1之間。作為優(yōu)選，取入2和入3靠近入1，入4靠近入5，λ 4-λ 3波長差和λ 3- λ 2的波長差比值為5:1。
[0007]為保證參考光路的相對穩(wěn)定性，需要3個參考光柵具有相同溫度。本方案放棄復(fù)雜的溫度控制電路的實(shí)現(xiàn)方式，而采用簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計來實(shí)現(xiàn)這一功能，實(shí)現(xiàn)方式為:第一參考光柵、第二參考光柵、第三參考光柵和溫度傳感器均設(shè)置在一鋁塊內(nèi)，該鋁塊上開有U型槽，三個參考光柵和溫度傳感器互相緊靠設(shè)置在該U型槽中，同時U型槽內(nèi)的縫隙內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱硅膠固定，鋁塊上加有鋁板密封。實(shí)際測試表明，采用這種結(jié)構(gòu)三個光柵之間的溫度誤差小于0.1攝氏度，能滿足工業(yè)場合的要求。
[0008]所述PLC分路器模塊由九個1X8PLC分路器組成，其中耦合器的B端與其中一個1X8PLC分路器的輸入端連接，該1X8PLC分路器的八個輸出端分別與剩下的八個1X8PLC分路器的輸入端連接。實(shí)際使用中可根據(jù)通道數(shù)量合理調(diào)整1X8PLC分路器的數(shù)量，配置成所需通道，這邊需要說明的是，當(dāng)組合64個通道時，由于系統(tǒng)采集系統(tǒng)最大只支持64通道(包含I路參考通道)故實(shí)際只能使用其中的63個通道，I個為備用通道。
[0009]所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)現(xiàn)對光柵原始信號波峰的提取與中心波長解析，包括16塊數(shù)據(jù)采集板，每塊數(shù)據(jù)采集板121均包括有4個光路通道、一塊采集板CPU和R232接口電路，每個光路通道均設(shè)有PIN 二極管、自動增益控制電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，4個光路通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器與采集板CPU連接，同時采集板CPU還與自動增益控制電路連接，然后采集板CPU通過R232接口電路與主動板連接。每塊數(shù)據(jù)采集板可通過該數(shù)據(jù)采集板上的撥位開關(guān)設(shè)置該數(shù)據(jù)采集板地址，采集板CPU對每個光路通道的自動增益控制電路進(jìn)行自動控制。采集板CPU采用主頻在72ΜΗΖ以上的單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器為采樣率在IM以上的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0010]數(shù)據(jù)采集模塊對自動增益控制電路的放大倍數(shù)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，每一次完整的掃描過程，采集板CPU對模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣的光纖光柵信號的幅值進(jìn)行檢測，若最大值超過模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考值的0.9倍，則相應(yīng)減小自動增益控制電路的放大倍數(shù)；若最大值小于模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考值的0.5倍，則相應(yīng)增大自動增益控制電路的放大倍數(shù)。采用AGC電路的放大倍數(shù)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，有利于增強(qiáng)硬件對各個通道的通用性和兼容性，不會因?yàn)楦鱾€通道的光柵數(shù)量不一致，距離和長度不一致，導(dǎo)致信號的大小各不相同，硬件需要針對每個通道單獨(dú)設(shè)計放大倍數(shù)的弊端。
[0011]所述主控板包括:放大及驅(qū)動電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和主控板CPU，主控板CPU與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與放大及驅(qū)動電路的輸入端連接，放大及驅(qū)動電路的輸出端與掃描光源連接。主控板CPU采用主頻在72MHZ以上的單片機(jī)，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路為16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，主控板與數(shù)據(jù)采集模塊采用板卡式連接方式，具體為接插件連接方式，通信接口為RS232，主控板通過定時查詢和中斷組合的方式實(shí)現(xiàn)I對多通訊，上電后主控板自動完成對數(shù)據(jù)采集模塊的自動識別，識別地址為每塊采集板撥位開關(guān)的地址。[0012]所述掃描光源的掃描策略為:掃描光源采用鋸齒波電壓來驅(qū)動，主控板CPU通過控制數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，再通過放大及驅(qū)動電路產(chǎn)生鋸齒波，掃描電壓范圍在0-50V之間，完整的一次掃描過程包括三個階段:準(zhǔn)備階段，正向掃描階段和反向掃描階段，各階段對應(yīng)的時間分別為tl，t2和t3，t2>t3>tl，準(zhǔn)備階段掃描電壓維持在準(zhǔn)備電壓，持續(xù)時間為tl，作用為穩(wěn)定光源，為正向掃描做準(zhǔn)備；正向掃描階段電壓從起始電壓按一定斜率升高到最大電壓，持續(xù)時間為t2，斜率由掃描步進(jìn)數(shù)決定；反向掃描時間電壓從最大電壓按一定斜率掃描到準(zhǔn)備電壓，持續(xù)時間為t3，為下一次掃描做好準(zhǔn)備，準(zhǔn)備電壓和起始電壓相同或不同。
[0013]掃描光源鋸齒波掃描電壓的實(shí)時調(diào)整策略:首先設(shè)置準(zhǔn)備電壓、正向掃描的起始電壓，最大電壓和掃描步進(jìn)數(shù)；掃描光源開始掃描后，主控板對數(shù)據(jù)采集模塊上傳上來的參考光路的光柵信號進(jìn)行分析，決定掃描電壓范圍是否需要實(shí)時調(diào)整:
[0014]若解析出參考光路的數(shù)據(jù)顯示參考光柵數(shù)量為3個及相鄰兩個參考光柵之間的峰值位置符合預(yù)先設(shè)定的范圍，則說明掃描光源的蠕變和漂移對系統(tǒng)的影響不大，不用對掃描電壓進(jìn)行調(diào)整；
[0015]若解析出數(shù)據(jù)顯示參考光柵數(shù)量為2個或I個，則說明掃描光源的蠕變和漂移對系統(tǒng)影響很大，使得掃描光源輸出的波段范圍發(fā)生了偏移，則必須對掃描光源的掃描電壓進(jìn)行調(diào)整，通過解析出來的參考光柵的位置來向上或向下調(diào)整起始電壓和最大電壓，來改變掃描光源光信號波長輸出范圍，進(jìn)行下一次掃描，再次判斷參考光路的解析數(shù)據(jù)是否符合要求，若不符合，則再次調(diào)整，直到調(diào)整到位。
[0016]工控機(jī)主要完成波長數(shù)據(jù)修正和人機(jī)接口功能，對主控板上傳的有用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)參考光柵與溫度之間的一一對應(yīng)關(guān)系，對各個通道的光柵中心波長進(jìn)行修正，實(shí)時顯示到顯示器上。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型利用簡單的3個參考光柵和I個溫度傳感器來代替價格昂貴的FP標(biāo)準(zhǔn)具作為參考光路，很有效地消除了掃描光源的本身蠕變，用較少的成本解決了工程中的實(shí)際問題，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和新穎性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中光纖光柵解調(diào)儀的系統(tǒng)整體框圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中數(shù)據(jù)采集板的框圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中PLC分路器模塊的組成框圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中光信號通過三個參考光柵后透射譜示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]如圖1所示的光纖光柵解調(diào)儀，其包括掃描光源1、分光比為99:1的耦合器2、PLC分路器模塊3、多個3dB稱合器4、光纖光柵陣列6、參考光路7、數(shù)據(jù)米集模塊12、主控板13、工控機(jī)17和顯不器18,其中掃描光源I的電源輸入端與主控板13連接,掃描光源I在主控板13輸出的掃描電壓控制下輸出光信號，掃描光源I輸出的光信號通過耦合器2的A端進(jìn)入，稱合器2的B端為分光比中99的部分,稱合器2的C端為分光比I中I的部分,稱合器2的B端接PLC分路器模塊3，耦合器2的C端進(jìn)入?yún)⒖脊饴?，PLC分路器模塊3的各通道輸出端分別通過一個3dB f禹合器4后進(jìn)入光纖光柵陣列6,光纖光柵陣列6中光纖光柵反射回來的信號依次通過與其連接的3dB耦合器4傳到數(shù)據(jù)采集模塊12，參考光路7的輸出端也與數(shù)據(jù)采集模塊12連接，數(shù)據(jù)采集模塊12與主控板13連接，主控板13與工控機(jī)17連接，工控機(jī)17與顯示器18連接；
[0024] 其中，所述參考光路7包括第一參考光柵8、第二參考光柵9、第三參考光柵10和溫度傳感器11，溫度傳感器11與主控板的主控板CPU連接，上述三個參考光柵的波長需要滿足一定要求，才能對掃描光源進(jìn)行修正和補(bǔ)償，以消除掃描光源漂移，蠕變對系統(tǒng)測量精度和穩(wěn)定性的影響，同時也可補(bǔ)償掃描光源的非線性。圖4為掃描光源光信號通過3個光柵后的透射信號不例，若系統(tǒng)選取的光柵信號波段范圍在λ I到λ 5之間,則要求掃描光源的波長掃描范圍總是在λ?到λ 5之間，使解調(diào)系統(tǒng)不遺漏光柵，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，參考光柵選取準(zhǔn)則:第一參考光柵的波長λ 2和第二參考光柵的波長λ 3靠近系統(tǒng)波長的一端λ I,第三參考光柵的波長λ 4靠近系統(tǒng)波長的另一端λ 5,且λ4_λ3和λ3_λ2的比例在4:1到7:1之間。本實(shí)施例中，取λ 2和λ 3靠近λ 1，λ 4靠近λ 5，λ 4-λ 3波長差和λ 3- λ 2的波長差比值為5:1。
[0025]為保證參考光路的相對穩(wěn)定性，需要3個參考光柵具有相同溫度。本方案放棄復(fù)雜的溫度控制電路的實(shí)現(xiàn)方式，而采用簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計來實(shí)現(xiàn)這一功能，實(shí)現(xiàn)方式為:第一參考光柵、第二參考光柵、第三參考光柵和溫度傳感器均設(shè)置在一鋁塊內(nèi)，該鋁塊上開有U型槽，三個參考光柵和溫度傳感器互相緊靠設(shè)置在該U型槽中，同時U型槽內(nèi)的縫隙內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱硅膠固定，鋁塊上加有鋁板密封。實(shí)際測試表明，采用這種結(jié)構(gòu)三個光柵之間的溫度誤差小于0.1攝氏度，能滿足工業(yè)場合的要求。
[0026]所述PLC分路器模塊由九個1X8PLC分路器24組成，其中耦合器的B端與其中一個1X8PLC分路器的輸入端連接，該1X8PLC分路器的八個輸出端分別與剩下的八個1X8PLC分路器的輸入端連接。實(shí)際使用中可根據(jù)通道數(shù)量合理調(diào)整1X8PLC分路器24的數(shù)量，配置成所需通道，這邊需要說明的是，當(dāng)組合64個通道時，由于系統(tǒng)采集系統(tǒng)最大只支持64通道(包含I路參考通道)故實(shí)際只能使用其中的63個通道，I個為備用通道，參見圖3所示。[0027]所述數(shù)據(jù)采集模塊12用于實(shí)現(xiàn)對光柵原始信號波峰的提取與中心波長解析，包括16塊數(shù)據(jù)采集板121，每塊數(shù)據(jù)采集板包括4個光路通道、一塊采集板CPU22和R232接口電路23，參見圖2所示，每個光路通道均設(shè)有PIN 二極管19、自動增益控制電路20和模數(shù)轉(zhuǎn)換器21，4個光路通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器21與采集板CPU22連接，同時采集板CPU22還與自動增益控制電路20連接，然后采集板CPU22通過R232接口電路23與主動板13連接。每塊數(shù)據(jù)采集板可通過該數(shù)據(jù)采集板上的撥位開關(guān)設(shè)置該數(shù)據(jù)采集板地址，采集板CPU對每個光路通道的自動增益控制電路進(jìn)行自動控制。采集板CPU采用主頻在72ΜΗΖ以上的單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器為采樣率在IM以上的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，參見圖2所示。
[0028]數(shù)據(jù)采集模塊對自動增益控制電路的放大倍數(shù)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，每一次完整的掃描過程，采集板CPU對模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣的光纖光柵信號的幅值進(jìn)行檢測，若最大值超過模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考值的0.9倍，則相應(yīng)減小自動增益控制電路的放大倍數(shù)；若最大值小于模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考值的0.5倍，則相應(yīng)增大自動增益控制電路的放大倍數(shù)。采用AGC電路的放大倍數(shù)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，有利于增強(qiáng)硬件對各個通道的通用性和兼容性，不會因?yàn)楦鱾€通道的光柵數(shù)量不一致，距離和長度不一致，導(dǎo)致信號的大小各不相同，硬件需要針對每個通道單獨(dú)設(shè)計放大倍數(shù)的弊端。
[0029]所述主控板13包括:放大及驅(qū)動電路14、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路15和主控板CPU16，主控板CPU與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與放大及驅(qū)動電路的輸入端連接，放大及驅(qū)動電路的輸出端與掃描光源連接。主控板CPU采用主頻在72MHZ以上的單片機(jī)，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路為16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，主控板與數(shù)據(jù)采集模塊采用板卡式連接方式，具體為接插件連接方式，通信接口為RS232，主控板通過定時查詢和中斷組合的方式實(shí)現(xiàn)I對多通訊，上電后主控板自動完成對數(shù)據(jù)采集模塊的自動識別，識別地址為每塊采集板撥位開關(guān)的地址。
[0030]工控機(jī)主要完成波長數(shù)據(jù)修正和人機(jī)接口功能。對主控板上傳的有用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)參考光柵與溫度之間的一一對應(yīng)關(guān)系，對各個通道的光柵中心波長進(jìn)行修正，實(shí)時顯示到顯示器上。
[0031]本實(shí)施例提供的光纖光柵解調(diào)儀的工作原理為:掃描光源I在主控板13輸出鋸齒波掃描電壓控制下，輸出光信號，光信號通過分光比為99:1的稱合器2的A端進(jìn)入,B端輸出接PLC分路器模塊3，C端進(jìn)入?yún)⒖脊饴?，PLC分路器模塊3各通道輸出通過與其連接的3dB耦合器4后進(jìn)入光纖光柵陣列6，光纖光柵陣列6反射回來的信號依次通過3dB耦合器4的端口 C和端口 B傳到PIN 二極管19，數(shù)據(jù)采集模塊對包括三個參考光柵及各個光路通道的光信號進(jìn)行自動增益控制電路，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過一般多項(xiàng)式擬合的方法并對三個參考光柵及各光路通道進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，解析出參考光柵數(shù)量及峰值位置，通過RS232方式以2Mbps波特率向主控板13傳輸數(shù)據(jù)，主控板13收齊各個數(shù)據(jù)采集模塊傳來的數(shù)據(jù)后，判斷參考光路光柵數(shù)據(jù)是否符合要求，若不符，調(diào)整掃描電壓范圍，進(jìn)行下一次掃描；若符合，連同參考光路的溫度數(shù)據(jù)按一定規(guī)律組裝后通過RS232方式以115200bps波特率向PC104工控機(jī)17傳輸數(shù)據(jù)，PC104工控機(jī)17接收到數(shù)據(jù)后根據(jù)參考光柵與溫度之間的一一對應(yīng)關(guān)系，對各個通道的光柵中心波長進(jìn)行修正，實(shí)時顯示到顯示器18。
[0032]所述掃描光源I的掃描策略為:掃描光源I米用鋸齒波電壓來驅(qū)動，主控板CPU16通過控制數(shù)模轉(zhuǎn)換電路15，再通過放大及驅(qū)動電路14產(chǎn)生鋸齒波，掃描電壓范圍在0-50V之間，完整的一次掃描過程包括三個階段:準(zhǔn)備階段，正向掃描階段和反向掃描階段，各階段對應(yīng)的時間分別為tl，t2和t3，t2>t3>tl，準(zhǔn)備階段掃描電壓維持在準(zhǔn)備電壓，持續(xù)時間為tl，作用為穩(wěn)定光源，為正向掃描做準(zhǔn)備；正向掃描階段電壓從起始電壓按一定斜率升高到最大電壓，持續(xù)時間為t2，斜率由掃描步進(jìn)數(shù)決定，實(shí)際工作時，起作用的就是正向掃描時間，正向掃描開始，數(shù)據(jù)采集模塊12按一定的時間間隔對各通道光柵信號進(jìn)行ADC采樣，正向掃描結(jié)束，ADC米樣也結(jié)束；反向掃描時間電壓從最大電壓按一定斜率掃描到準(zhǔn)備電壓，持續(xù)時間為t3，為下一次掃描做好準(zhǔn)備，準(zhǔn)備電壓和起始電壓相同或不同。
[0033]掃描光源鋸齒波掃描電壓的實(shí)時調(diào)整策略:首先設(shè)置準(zhǔn)備電壓、正向掃描的起始電壓，最大電壓和掃描步進(jìn)數(shù)；掃描光源開始掃描后，主控板13對數(shù)據(jù)采集模塊12上傳上來的參考光路7的光柵信號進(jìn)行分析，決定掃描電壓范圍是否需要實(shí)時調(diào)整:
[0034]若解析出參考光路的數(shù)據(jù)顯示參考光柵數(shù)量為3個及相鄰兩個參考光柵之間的峰值位置符合預(yù)先設(shè)定的范圍，則說明掃描光源的蠕變和漂移對系統(tǒng)的影響不大，不用對掃描電壓進(jìn)行調(diào)整；
[0035]若解析出數(shù)據(jù)顯示參考光柵數(shù)量為2個或I個，則說明掃描光源的蠕變和漂移對系統(tǒng)影響很大，使得掃描光源輸出的波段范圍發(fā)生了偏移，則必須對掃描光源的掃描電壓進(jìn)行調(diào)整，通過解析出來的參考光柵的位置來向上或向下調(diào)整起始電壓和最大電壓，來改變掃描光源光信號波長輸出范圍，進(jìn)行下一次掃描，再次判斷參考光路的解析數(shù)據(jù)是否符合要求，若不符合，則再次調(diào)整，直到調(diào)整到位，掃描電壓的實(shí)時調(diào)整策略能調(diào)整由于掃描光源的蠕變和漂移導(dǎo)致光源輸出波段發(fā)生變化，從而導(dǎo)致通道丟光柵的情況，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0036]本實(shí)施例采用掃描光源，同時用經(jīng)過標(biāo)定的3個光柵替代FP標(biāo)準(zhǔn)具作為參考光路，通過對參考光路波長的解析對掃描光源的掃描電壓進(jìn)行實(shí)時控制及修正，以消除掃描光源的本身蠕變，滯后和漂移對波長解調(diào)的影響。PIN二極管檢測采用自動增益控制放大電路，用于增強(qiáng)光柵信號的檢測能力和各個通道的適應(yīng)性，使每個通過接收到的信號幅值在最佳范圍內(nèi)，不至于某些通過信號特別大，某些通道信號特別小，提高檢測精度和穩(wěn)定性。同時解調(diào)儀方案通道擴(kuò)展采用板卡式結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展方便，最大可擴(kuò)展到64個通道。另外對參考光路的光柵進(jìn)行特殊安裝方式，無須額外恒溫電路對參考光路的溫度進(jìn)行特殊控制，就能保證參考光路中3個光柵溫度相對一致，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于:包括掃描光源(I)、分光比為99:1的耦合器(2)、PLC分路器模塊(3)、多個3dB耦合器(4)、光纖光柵陣列(6)、參考光路(7)、數(shù)據(jù)采集模塊(12)、主控板(13)、工控機(jī)(17)和顯示器(18)，其中掃描光源⑴的電源輸入端與主控板(13)連接，掃描光源(I)在主控板(13)輸出的掃描電壓控制下輸出光信號,掃描光源(1)輸出的光信號通過耦合器(2)的A端進(jìn)入，耦合器(2)的B端為分光比中99的部分，耦合器(2)的C端為分光比I中I的部分，耦合器(2)的B端接PLC分路器模塊(3)，耦合器(2)的C端進(jìn)入?yún)⒖脊饴?7)，PLC分路器模塊(3)的各通道輸出端分別通過一個3dB耦合器(4)后進(jìn)入光纖光柵陣列(6)，光纖光柵陣列(6)中光纖光柵反射回來的信號依次通過與其連接的3dB耦合器(4)傳到數(shù)據(jù)采集模塊(12)，參考光路(7)的輸出端也與數(shù)據(jù)采集模塊(12)連接，數(shù)據(jù)采集模塊(12)與主控板(13)連接，主控板(13)與工控機(jī)(17)連接，工控機(jī)(17)與顯示器(18)連接；其中，所述參考光路(X)包括第一參考光柵(8)、第二參考光柵(9)、第三參考光柵(10)和溫度傳感器，溫度傳感器與主控板連接，第一參考光柵(8)的波長λ 2和第二參考光柵(9)的波長λ 3靠近系統(tǒng)波長的一端，第三參考光柵(10)的波長λ 4靠近系統(tǒng)波長的另一端，且入4-入3和λ 3-λ 2的比例在4:1到7:1之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于:第一參考光柵(8)、第二參考光柵(9)、第三參考光柵(10)和溫度傳感器均設(shè)置在一鋁塊內(nèi)，該鋁塊上開有U型槽，三個參考光柵和溫度傳感器互相緊靠設(shè)置在該U型槽中，同時U型槽內(nèi)的縫隙內(nèi)設(shè)置導(dǎo)熱硅膠固定，鋁塊上加有鋁板密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于:所述PLC分路器模塊(3)由九個1X8PLC分路器(24)組成，其中耦合器(2)的B端與其中一個1X8PLC分路器(24)的輸入端連接，該1X8PLC分路器(24)的八個輸出端分別與剩下的八個1X8PLC分路器(24)的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集模塊(12)包括16塊數(shù)據(jù)采集板(121)，每塊數(shù)據(jù)采集板(121)均包括有4個光路通道、一塊采集板CPU (22)和R232接口電路(23)，每個光路通道均設(shè)有PIN 二極管(19)、自動增益控制電路(20)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)，4個光路通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)與采集板CPU(22)連接，同時采集板CPU(22)還與自動增益控制電路(20)連接，然后采集板CPU(22)通過R232接口電路(23)與主動板(13)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于:數(shù)據(jù)采集模塊對自動增益控制電路的放大倍數(shù)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，每一次完整的掃描過程，采集板CPU(22)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣的光纖光柵信號的幅值進(jìn)行檢測，若最大值超過模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考值的0.9倍，則相應(yīng)減小自動增益控制電路的放大倍數(shù)；若最大值小于模數(shù)轉(zhuǎn)換器參考值的0.5倍，則相應(yīng)增大自動增益控制電路的放大倍數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵解調(diào)儀，其特征在于:所述主控板(13)包括:放大及驅(qū)動電路(14)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(15)和主控板CPU(16)，主控板CPU(16)與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(15)的輸入端連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(15)的輸出端與放大及驅(qū)動電路(14)的輸入端連接，放大及驅(qū)動電路(14)的輸出端與掃描光源(I)連接。
【文檔編號】G01D5/26GK203704951SQ201320659806
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】王楊峰, 夏旭鵬, 韋冬青, 潘建懿, 陳緒英 申請人:寧波振東光電有限公司