[发明专利]高速高精度多通道布拉格光栅解调仪

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感领域，特别涉及到对布拉格光栅传感器进行高速高精度解调及多通道应用的方法和实现装置。 

背景技术

光纤传感器自上世纪70年代问世以来，由于其高灵敏度，传--感合一，优越的电磁兼容性等等一系列优点，受到业内的高度重视和期待。 

与其它类型光纤传感器相比，光纤光栅由于体积小，非常容易与传感结构和材料融合，构成温度、压力、流量、应变等多种传感器件，业内普遍认为光纤光栅是光纤传感技术实用化，大规模应用的一条具有非常良好前景的技术路线。 

解调的本质是将光纤光栅的波长变化检测出来，它携带了所要检测物理量的信息。高精度、快速、多通道、低成本的实现解调，是光纤光栅传感器大规模工程化应用的一个重要前提。 

国内外相当多的研究报道及专利申请(授权)涉及光纤光栅传感的解调工作，例如： 

高精度多通道光纤光栅传感系统(中国专利CN101021443A) 

高精度光纤光栅传感信号解调仪(中国专利CN101216327A) 

高精度光栅光纤解调系统(中国专利CN1908713A) 

超高速光纤光栅传感器解调系统及其实现方法(中国专利CN1494237A) 

多通道布拉格光栅传感器(美国专利5426297) 

使用啁啾布拉格光栅反射的超高灵敏度传感器(美国专利5706079) 

尽管有相当多的类似工作，但是，能够同时满足“高速、高精度、多通道、以及较低成本”的光栅解调的方法和装置极为罕见。 

发明内容

本发明要解决的问题是，提供一种能够同时满足“高速、高精度多通道及较低成本”的解调技术方案及实现该方案的装置。 

本发明的具体内容包括： 

波长扫描激光光源由以下部分组成：激光二极管；二极管驱动电路，二极管温度传感器，制冷-加热调温单元以及控制单元；其连接控制关系为：控制单元接收传感器的激光二极管温度信息，产生调整温度指令送调温单元，产生驱动信号送二极管驱动电路；二极管驱动电路将驱动信号放大后用其控制激光二极管，激光二极管的温度受调温电路的控制，其激光输出送多通道阵列的1×N分支器的输入端。实现传感器多通道应用的阵列装置由以下部分组成：一个1×N分支器；N-1个1×2耦合器。1根或数根多芯光缆；传感器阵列中包括m个传感光栅。其中：1×N分支器的的N-1个output分支对应连接到N-1个1×2耦合器的output1端，N-1个1×2耦合器input1端通过多芯光缆连接到传感器。多芯光缆为每个传感器分配一根光纤。N-1个1×2耦合器的output2端连接到解调装置的对应光电转换器PIN。1×N分支器的的N分支输出中的一路不连接1×2耦合器而直接连接气体吸收池。 

高速高精度解调装置包括解调支路和标定支路；解调支路包括光电探测器；信号放大器，增益控制器，比较器，计数器，微处理器，气体吸收池，其连接控制关系为：光电探测器将光信号转变为电信号信号进入放大器，放大器的增益受控于可编程自动增益控制，其输出进入比较器，比较器将放大器输入的信号与微处理器给定的参考信号进行比较，其比较结果触发计数器，该计数器的计数结果用于获得传感光栅的波长信息。微处理器，与解调支路相比，标定支路的信号由气体吸收池输出后进入光电探测器，其余连接和控制关系与解调支路相同。 

本发明采用的激光二极管为CW-DFB或者CW-DBL类型，用以实现由电流对波长进行连续高速调制。由于激光二极管只能提供一个很窄的波长扫描范围，所以，本发明所有的传感器都采用相同的波长的光 栅，为区分不同的传感器，采用多芯光缆为每个传感器配备一个独享的通道，可以根据实际应用情况采用一根或多根光缆，但光纤总芯数多于解调装置的总通道数，而解调装置的通道数应多于传感器的总数量。 

本发明采用的方案，由于激光二极管谱线极窄，能量高度集中，即使经过1∶128分支器进行能量衰减，每个通道仍然有足够的信噪比，为共享激光器及气体波长标准奠定了基础。较多的通道保证了系统的经济性，从实际应用考虑，一般8-64个通道比较合理。 

本发明的波长高速扫描通过调制激光二极管馈入电流来获得，波长低速扫描通过调制激光二极管的温度来实现。 

本发明通过控制激光模块的温度来控制扫描波长的起始点并扩展波长扫描的覆盖范围。 

本发明采用多个不同中心波长的激光光源，在微处理器的控制下接力工作，使波长高速扫描的范围得到扩展.