[发明专利]一种分布式光纤布拉格光栅传感器测控系统

说明书

本发明公开了一种分布式光纤布拉格光栅传感器测控系统。FPGA经超辐射发光二极管驱动电路和超辐射发光二极管连接，同时FPGA经制冷片驱动电路和半导体制冷片连接，FPGA经制冷片驱动电路和半导体制冷片连接，两个半导体制冷片布置在超辐射发光二极管和阵列波导光栅解调芯片上，阵列波导光栅解调芯片经低噪声电流电压转换电路和FPGA连接；超辐射发光二极管发光照到分布式光纤布拉格光栅传感器反射回光信号进入阵列波导光栅解调芯片。本发明通过更改跨阻放大器的电流/电压的转换增益提高信噪比，通过FPGA差分管脚实现电压信号的采集，不借助外部的电压转换芯片，降低电路应用复杂度，实现提高相邻通道光功率比值的准确度。

技术领域

本发明涉及一种光栅测控系统，尤其是面向分布式光纤传感的光子集成解调仪领域的一种分布式布拉格光纤光栅测控系统。

背景技术

光纤布拉格光栅(FBG)传感器相比传统的电子传感器在紧凑性、抗电磁干扰性、抗恶劣环境和多路复用功能方面具有许多优势。光纤布拉格光栅的设计和制备已经相对比较成熟，限制光纤光栅传感器进一步广泛应用的主要问题是传感信号的解调。目前的工程应用中，传统的光纤光栅解调仪普遍存在着体积较大、成本较高等缺点，严重限制了其推广应用，例如把光纤光栅放入织物内部对人体温、心跳、呼吸的各项生理指标进行评测或者在航空航天和振动强烈的恶劣环境应用领域，非常需要小体积、高可靠性的微型化解调设备。

近几年，硅基光子学发展迅速，大部分单元器件已经达到了商用化水平，利用硅光平台设计和制作基于阵列波导光栅(AWG)的光纤布拉格光栅解调仪将具有非常重要的意义。基于阵列波导光栅(AWG)的解调法不仅结构简单，可以检测动态、静态信号，而且还有解调精度高、解调速度快等特点，是一种非常适用于微型化光子集成的解调方案。结合III-V族材料在有源器件(光源和探测器)方面优异的性能和硅基材料在无源器件(波导、阵列波导光栅AWG、MMI等)制作上小尺寸、低损耗的特点，利用III-V/Si混合集成技术，结合外围的信号采集处理电路，将光纤布拉格光栅解调仪的分立器件进行一个芯片级集成。

发明内容

为了解决基于阵列波导光栅的光纤光栅解调芯片在动态环境下相邻通道输出光功率差异较大，噪声带来的功率波动对相邻通道功率比值影响显著的问题，本发明提供一种基于低噪声电流/电压转换电路和FPGA主控芯片的分布式光纤布拉格光栅传感器测控系统，提高相邻通道光功率比值的准确度，并实现一种混合片上集成的光纤光栅解调系统。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种分布式光纤布拉格光栅传感器测控系统：

系统包括光纤布拉格光栅、环形器、阵列波导光栅解调芯片、两个半导体制冷片、制冷片驱动电路、低噪声电流电压转换电路、FPGA、超辐射发光二极管和超辐射发光二极管驱动电路；FPGA经超辐射发光二极管驱动电路和超辐射发光二极管连接，同时FPGA经一个制冷片驱动电路和第一半导体制冷片连接，第一半导体制冷片布置在超辐射发光二极管上；FPGA经另一个制冷片驱动电路和第二半导体制冷片连接，第二半导体制冷片布置在阵列波导光栅解调芯片上，阵列波导光栅解调芯片经低噪声电流电压转换电路和FPGA连接；所述的超辐射发光二极管发出光经过环形器照射给分布式光纤布拉格光栅传感器，分布式光纤布拉格光栅传感器将光反射回环形器，然后反射回光信号进入阵列波导光栅解调芯片。

所述的分布式光纤布拉格光栅传感器是由多个光纤布拉格光栅传感器构成。

所述的FPGA经超辐射发光二极管驱动电路控制超辐射发光二极管产生一个波长固定的激光，激光照射到光纤布拉格光栅传感器上后反射回光信号输入阵列波导光栅解调芯片，阵列波导光栅解调芯片的输出信号经过低噪声电流/电压转换电路输入到FPGA，由FPGA采集电压值，计算出对应的阵列波导光栅解调芯片的输出通道电流，获取到光解调数据。

所述的FPGA作为主控芯片，利用PID算法通过控制制冷片驱动的驱动能力，控制两个半导体制冷片的制冷能力，使得超辐射发光二极管和阵列波导光栅解调芯片工作在各自的最佳环境温度下。