专利名称：一种基于awg的高速多通道光纤光栅传感解调系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信领域中的光纤传感技术，具体地，涉及一种基于阵列波导光 栅(AWG)的高速多通道光纤光栅传感解调系统。
背景技术：
光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,简称FBG)是80年代后期产生的一种光
纤传感器。FBG的传感原理是基于光纤光栅布拉格波长漂移理论，先将待测信息变化量转
化为波长漂移量，再通过解调波长漂移量判断待测信息变化量，是一种波长调制型光纤传
感器；与传统的机电类传感器相比，在传感网络应用中具有显著的技术优势。 但是，目前的波长解调难度大，系统成本高，实用性不强；因此，在传感网络应用领
域需要出现一种实用性较强、成本较低的信号解调技术。迄今为止，已出现许多光纤光栅信
号解调的方法，如光谱仪法、干涉法、可调F-P滤波器解调法、边缘滤波解调法、匹配FBG可
调滤波解调法等；每种解调方法都有其特点和优点，也存在诸多的局限性。 在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题 (1)成本高如光谱仪法，信息明确直观但价格昂贵； (2)实用性差非平衡Mach-Zehnder干涉仪法，具有较高的测量灵敏度，但仅适于 动态检测，不适于检测静态量； (3)可靠性差、分辨率低可调F-P滤波器解调法，具有较宽的调谐范围，可大大提 高测量范围和传感光栅复用个数，但由于光纤F-P腔可调谐滤波器的重复性不好，对最终 传感量的测量精度影响比较大； (4)解调速度慢匹配FBG可调滤波检测法，它虽具有较高分辨率，但光路中需使 用较多的耦合器，使系统信噪比比较低。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术中成本高、实用性差、可靠性差、分辨率低和解 调速度慢的缺陷，提出一种基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，以实现成本低、 实用性强、可靠性高、分辨率高、解调速度快、结构简单和波长范围宽。 为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解 调系统，包括光源、光纤光栅基准、多路光开关、FBG探头、双窗口的AWG、光电二极管探测器 阵列、信号放大器和A/D变换器组、以及信号解调处理器，其中所述光源的激励光信号输 出端分别与所述光纤光栅基准的基准端和所述多路光开关的单路端连接；所述多路光开关 的多路端分别与对应的所述FBG探头的信号采集端连接，同时，所述多路光开关的所述单 路端与所述双窗口的AWG的信号输入端连接；所述双窗口的AWG的信号输出端与对应的所 述光电二极管探测器阵列的信号输入端连接；所述光电二极管探测器阵列的信号输出端与 所述信号放大和A/D变换器组的信号输入端连接；所述信号放大和A/D变换器组的信号输 出端与所述信号解调处理器的信号输入端连接。[0011] 其中，所述信号解调处理器包括解调单元和计算单元，其中所述解调单元的差值 信号输入端与所述信号放大和A/D变换器组的信号输出端连接；所述解调单元的差值信号 输出端与所述计算单元的波长信号输入端连接。 进一步的，该系统还包括隔离器、2X2分路器和1X2分路器，其中所述隔离器的 隔离信号输入端与所述光源的激励光信号输出端连接，隔离信号输出端与所述2X2分路 器的信号输入端连接；所述2X2分路器的信号输出端与所述光纤光栅基准的基准端连接， 反射信号输入端与所述多路光开关的单路端连接，反射信号输出端与所述1X2分路器的 信号输入端连接；所述1X2分路器的信号输出端与所述双窗口的AWG的信号输入端连接。 优选的，所述多路光开关为高速光开关。 进一步的，所述FBG探头由N个通过单模光纤串接而成的FBG探头串组成。进一步的，该系统还包括N个FBG探头连接器，所述N个FBG探头连接器的第一连 接端与所述多路光开关的多路端对应连接，第二连接端与对应的所述FBG探头中所述FBG 探头串的信号采集端连接。 本实用新型各实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，包括光 源、光纤光栅基准、多路光开关、FBG探头、双窗口的AWG、光电二极管探测器阵列、信号放大 和A/D变换器组、以及信号解调处理器，其中，光源可以用于产生激励信号，光纤光栅基准 可以用于产生波长基准，多路光开关可以用于对入射的激励光信号进行空分复用，FBG探 头可以用于采集载有待测物理量变化信息的光强信号并反射回，双窗口的AWG可以用于接 收FBG反射回来的光强信号、并实现波分复用，信号放大和A/D变换器组可以用于双窗口的 AWG波分复用得到的窄光带信号进行信号放大和模数转换，信号解调处理器可以用于对信 号放大和A/D变换器组进行解调、以获取FBG探头所测物理量的变化量；该系统可以用于一 些危险场合现场环境参数的电子测量，可以克服现有技术中成本高、实用性差、可靠性差、 分辨率低、解调速度慢的缺陷，以实现成本低、实用性强、可靠性高、分辨率高、解调速度快、 结构简单和波长范围宽。 本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书 中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过 在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用 新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中 图1为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统的 原理框图； 图2为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统中 AWG传输光谱和FBG反射光谱的解调波形示意图； 图3为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统中 单个FBG波长各自在AWG两个相邻通道波长范围内的变化图； 图4为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统的又一原理框图； 图5为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统中 40通道的AWG器件的C波段光谱图； 图6为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统中 AWG器件的C波段部分波长参数表图； 图7a为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统 中FBG探头反射波长和温度的变化关系图之一 ； 图7b为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统 中FBG探头反射波长和温度的变化关系图之二 ； 图8为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统中 16通道的AWG器件的L波段光谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优 选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 实施例一 根据本实用新型实施例，提供了一种基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系 统。 图1为根据本实用新型基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统的结构框 图。如图l所示，本实施例包括光源301、隔离器302、2X2分路器303、1X2分路器304、 光纤光栅基准305、多路光开关306、 FBG探头309及对应的FBG探头连接器、第一 AWG310、 第二 AWG311、第一光电二极管探测器阵列312、第二光电二极管探测器阵列313、信号放大 和A/D变换器组314、信号解调处理器315，其中，FBG探头由N个通过单模光纤串接而成的 FBG探头串组成，每个探头串通过对应的FBG探头连接器连接在多路光开关306的对应输出 端；如第一 FBG探头连接器307和第N FBG探头连接器308分别用于连接多路光开关306 的对应输出端与FBG探头309中对应的FBG探头串。这里，N为自然数。 其中，第一 AWG310和第二 AWG311组成双窗口的AWG。 光源301作为FBG探头309的激励光源，为FBG探头产生激励光信号，与隔离器 302的输入端连接。 在本实施例中，光源301可以是宽带光源。 隔离器302可以单方向传输激励光信号，同时阻止反射回来的光强信号影响光源 301，隔离器302的输出端与2X 2分路器303的第一输入端连接，2X 2分路器303的第一输 出端与光纤光栅基准305连接、第二输出端与多路光开关306连接，2 X 2分路器303对经隔 离器302的激励光信号进行分束，使得一小部分激励光信号进入光纤光栅基准305，从而为 本实施例的传感解调系统产生波长基准，同时大部分激励光信号经过多路光开关306射入 FBG探头309。 多路光开关306对射入的激励光信号进行空分复用，使得本实施例的传感解调系 统可以同时解调上千只FBG探头探测得到的物理量，从而可以满足大型工程传感网络的实 时监测。[0038] 2 X 2分路器303的第二输入端与1 X 2分路器304的输入端连接，1 X 2分路器304 的第一输出端与第一 AWG310的公共端连接，1X2分路器304的第二输出端与第二 AWG311 的公共端连接；第一AWG310和第二AWG311的容量均为1XN，即均有一个公共端作为输入端 和N个输出端，能够将射入的光强信号分成不同波长的窄带，并将光导入到多个光电二极 管探测器阵列通道中，实现波分复用。 多路光开关306的每一个输出端分别经对应的FBG探头连接器与FBG探头309中 对应的FBG探头连接；每个FBG探头串的一端通过传输光缆316与对应的FBG探头连接器 连接、另一端可以安置在待测物理场中的待测位置上；第一AWG310的多个输出端分别与第 一光电二极管探测器阵列312的对应输入端连接，第二AWG311的多个输出端分别与第二光 电二极管探测器阵列313的对应输入端连接；第一光电二极管探测器阵列312和第二光电 二极管探测器阵列313的多个输出端分别与信号放大和A/D变换器组314的对应输入端连 接；信号放大和A/D变换器组314的输出端与信号解调处理器315的输入端相连。 在本实施例中，还可以包括显示装置317。显示装置317可以连接在信号解调处理 器315的输出端，用于显示信号解调处理器315的处理结果。 使用本实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，将FBG探头309 置于待测物理场中，当待测物理场中的某物理量发生变化时，将引起FBG探头309发生波 长漂移；FBG探头309将载有该物理信息的光强信号沿原光路反射，反射的光强信号依次经 FBG探测连接器、多路光开关306、2 X 2分路器303禾P 1 X 2分路器304，并进入双窗口的AWG， 即分别进入第一 AWG310和第二 AWG311 ;双窗口的AWG将反射回来的光强信号分成2N个窄 带光，每个窄带光分别反射回第一光电二极管探测器阵列312和第二光电二极管探测器阵 列313的对应通道；第一光电二极管探测器阵列312和第二光电二极管探测器阵列313可 以将反射回来的窄带光由光信号转换为电信号。 这样，反射回来的波长漂移光强信号能够导致第一 AWG310和第二 AWG311各通道 内光强信号的变化；第一AWG310和第二AWG311各通道内光强信号的变化，引起第一光电二 极管探测器阵列312和第二光电二极管探测器阵列313的对应通道电信号的流变化，再分 别经信号放大和A/D变换器组314进行A/D转换，得到对应的数字信号；信号解调处理器 315可以包括解调单元和计算单元，其中，解调单元根据该数字信号，经差值计算得到反射 回来的光强信号的波长漂移量；计算单元基于该波长漂移量，求取双窗口的AWG相邻光通 道的输出光的波长比的对数，即可得到待测物理量的变化量。 由于采用多路光开关306将激励光信号分成N束，分别射入N个FBG探头串组成 的FBG探头309 ;FBG探头309中每个FBG探头可以编号，分别置于待测物理场中的待测位 置，当待测物理量发生变化时，对应的FBG探头串发生波长漂移，并将载有待测物理量变化 信息的光强信号沿原光路反射；反射回来的光强信号进入双窗口的AWG，在对应通道经光 电转换、信号放大、A/D转换和信号解调处理，得到对应待测物理量的变化量；从而可以实 现多个FBG探头串的高速解调。 图2为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统中 AWG传输光谱和FBG反射光谱的解调波形示意图。 如图2所示，AWG的传感解调原理如下AWG是一种平面集成光波导无源器件，是利 用平面波导技术在芯片衬底上制作的阵列波导光栅；当AWG作解复用器时，其工作原理为由复合波长Al、 ......An组成的信号光耦合到输入波导的中心波导上并在输入平板
波导内产生衍射，衍射的高斯光束耦合到阵列波导中。由于相邻的阵列波导以相同长度差 排列，于是不同波长的光波产生了不同的光程差，这样经过阵列波导传输后就被聚焦在不 同的输出波导位置，完成了解复用的功能；当AWG作复用器时，原理与之相反。可见，AWG波 分复用/解复用的特点和作用正好适用于光纤光栅传感信号的解调。 本实施例采用双窗口 AWG的任意两个相邻通道来解调一个光纤光栅传感信号，这 个光纤光栅传感信号变化范围在AWG的两个相邻通道的中心波长之间。 对于容量为1XN的AWG，可以将任意频段内的入射光分成不同波长的窄带光导入 到多个通道中，实现波分复用。在实际应用中，可以将每个FBG探头串的中心波长定义为 l-N，每个FBG探头光栅与AWG的两个相邻通道相对应，FBG探头光栅波长随被测参量如温 度或应力等而变化，变化范围在AWG两个邻近通道的中心波长之间。 图3为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统中 单个FBG波长各自在AWG两个相邻通道波长范围内的变化图。 如图3所示，当载有传感信息的FBG反射光波长通过两个相邻的光通道时，由于信 道的特征不同，输出的光特征也不同，理论上输出光谱等于输人光谱和所通过信道特征的 巻积。 可以将AWG的相邻两通道的输出比的对数定义为解调函数，即 <formula>formula see original document page 7</formula> 其中A bi为第i个FBG的反射波长。FBG反射谱与AWG通道的透射谱均可以近似 为高斯函数，FBG反射谱与AWG通道透射谱的重叠部分决定了 AWG通道输出光强的大小。 AWG相邻通道强度比值对数与FBG波长在高斯近似下呈线性关系。 显然，AWG相邻两通道的输出值可通过测量得到，再通过后期的数据处理可以得到 波长值。这就是阵列波导光栅AWG波长检测的原理。 FBG探头可安装于被测物体和材料内部，对渗压、温度、应力、应变、流速、流量等各 种物理量进行检测，当由于各种不同的因素导致FBG探头周围环境个件发生变化时，将导 致FBG反射波长位移A A，通过监测这些光谱变化情况，即可获得被测物理量的变化状况，
达到检测目的。 实施例二 图4为根据本实用新型基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统的又一结构 框图。 如图4所示，本实施例包括光源601、隔离器602、2X2分路器603、1X2分路 器604、光纤光栅基准605、多路光开关606、 FBG探头609及对应的FBG探头连接器、第一 AWG610、第二 AWG611、第一光电二极管探测器阵列612、第二光电二极管探测器阵列613、信 号放大和A/D变换器组614、信号解调处理器615和显示屏617。 其中，光源601、隔离器602和2X2分路器603单向连接，2X2分路器603的输出 端分别与光纤光栅基准605和1X8路光开关606的输入端连接，1X8路光开关606的输 出端分别经第一 FBG探头连接器607至第八FBG探头连接器608与FBG探头609中对应的 FBG探头串连接。这里，FBG探头连接器通过传输光缆616与FBG探头串连接。[0059] FBG探头609可以安置于待测物理场中，反射回来的载有待测物理量变换信息的 光强信号依次经第一 FBG探头连接器607至第八FBG探头连接器608、 1 X 8路光开关606和 2X2分路器603，再经1 X 2分路器604分别反射到双窗口的AWG，即AWG-C610和AWG-L611 。 AWG-C610和AWG-L611分别将反射到其中的光强信号分成2N个不同波长的窄带 光，并导入到第一光电二极管探测器阵列612和第二光电二极管探测器阵列613的对应通 道，经光电转换，得到的电信号导入到信号放大和A/D变换器组614的对应通道，经信号放 大和A/D转换，得到对应的数字信号，再经信号解调处理器615，经信号解调处理，得到对应 的待测物理量的变化量，并通过显示屏617显示测量结果。 在本实施例中，各元器件的作用可参见图1的相关说明。将双窗口的AWG型波分复 用/解复用器件用于解调传感信号，具体做法将FBG探头置于待测物理场中，当待测物理 场中的物理量发生变化时，FBG探头受该物理量变化的影响发生波长漂移，通过该基于AWG 的高速多通道光纤光栅传感解调系统可以检测解调出FBG探头的波长漂移量的大�。桓� 该波长漂移量的大小，通过计算，可以得到被测物理量的变化量。 在本实施例中，信号解调处理器615可以包含解调单元和计算单元，其中，解调单 元用于根据A/D变换器组614输出的数字信号，进行差值计算，获取反射回来的光强信号的 波长漂移量；计算单元用于根据波长漂移量，求取双窗口的AWG相邻光通道的输出光的波 长比的对数，即可得到待测物理量的变化量。 在上述各实施例中，将两个分别工作在C波段和L波段的两个窗口 、同时窗口边沿 相重合的AWG型波分复用/解复用器用于解调传感信号，即AWG可以根据应用需要分别选 择C波段、L波段或C+L波段，实现宽范围多波长解调，使基于AWG的高速多通道光纤光栅 传感解调系统的波长解调范围跨越C波段、L波段，超过80nm以上。 AWG每个通道的接收函数或传输光谱采用高斯型分别，采用两个相邻通道解调一 个光纤光栅传感信号，每串FBG探头的中心波长定义为l-N，它们随被测参量如温度或应力 变化，变化范围在AWG两个邻近通道的中心波长之间；当载有传感信息的FBG反射光波长通 过相邻的光通道时，可以定义AWG相邻两通道的输出比的对数为解调函数。 上述宽带光源可以采用C波段、L波段或C+L波段的宽谱激光光源，使系统的波长 解调范围达80nm以上。 对分别工作在C波段和L波段两个窗口的第一 AWG和第二 AWG的输出波长进行编 码检测，以确定探测点探头的位置；当系统同时连接多根光纤时，每根光纤又可波分复用多 只FBG传感器，使得系统可以同时解调上千只FBG传感器，满足大型工程传感网络的实时监 另外，上述各实施例中的多路光开关均可以采用高速光开关。 实施例三 在本实施例中，光源601可以是光谱范围为1527 1562nm的C波段宽带光源； 2X2分路器603的分束比可以为10 : 90 ;lX2分路器604可以是3db的耦合器，其分束 比为50 : 50 ;FBG探头609可以包含两个串联的FBG温度探头；AWG可以包含40个输出 通道，光谱范围为1528. 55 1560. 61nm，信道间隔100GHz/0. 8nm，高斯分布，ldB通道带宽 0. 24nm， 3dB通道带宽0. 40nm，插损5. 36 6. 28dB，相邻通道串扰32. 56 37. 20dB ;A/D变 换器组614可以是MCU单片机。[0070] 将光纤光栅基准605置于恒温箱中，恒温精度为0. 1°C。为了提高系统精确度和分 辨率，光纤光栅基准605可以采用切趾光纤光栅。 图5为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统中 40通道的AWG器件的C波段光谱图，图6为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通 道光纤光栅传感解调系统中AWG器件的C波段部分波长参数表图。 如图5和图6所示，本实施例的两个FBG温度探头的中心波长分别为A 1 = 1534. 6401nm， A 2 = 1536. 9850nm，间距为2. 3449，其中A 1 = 1534. 6401nm，位于40通道 的阵列波导光栅AWG的第6-7通道之间，A 2 = 1536. 9850nm，位于40通道的阵列波导光栅 AWG的第9-10通道之间。光电二极管探测器的精度为0. OOldBm。 根据实验值，在2h内温度和波长的标准偏差分别为0. 05t:和0. 5pm，最大漂移范 围约0. 18t:和2pm。 图7a为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统 中FBG探头反射波长和温度的变化关系图之一 ；图7b为根据本实用新型实施例的基于AWG 的高速多通道光纤光栅传感解调系统中FBG探头反射波长和温度的变化关系图之二。 如图7a和图7b所示，FBG之间的串扰对解调系统有一些影B向，实质上是由于串扰
变化将对相邻光纤布拉格光栅解调通道的探测光强造成干扰，从而产生解调测量误差。实 例中测量了 FBG2因传感温度变化，如25t:到105t:，对其相邻的FBGl解调通道的串扰变化 以及传感测量误差。获得FBG2串扰变化引起FBG1对应的AWG双通道强度比(即对数值) 的变化范围为-0. 382 0. 244dBm，相应的标准偏差为0. 126dB，结合测得的系统波长和温 度的灵敏度，计算得到波长和温度的标准偏差为2pm。 实施例四 本实施例中各元器件及其连接关系可参见实施例二 。 具体的，在本实施例中，包括C+L波段宽带光源，光谱范围为1528 1601nm ; 2X2分路器的分束比为10 : 90 ;lX2分路器可以是3db耦合器，分束比为50 : 50 ; — 个串联FBG渗压传感探头，量程为250kPa ; —个16通道的AWG，光谱范围为1574. 213 1599. 541nm，采用高斯分布，光谱范围信道间隔50GHz/1. 5nm， ldB通道带宽O. 420nm，3dB通 道带宽0. 640nm，插损5. 56 6. 68dB，相邻通道串扰32. 16 37. 70dB。 在本实施例中，采用MCU单片机代替上述图1或图4中的A/D变换器组。 图8为根据本实用新型实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统中 16通道的AWG器件的L波段光谱图。 如图8所示，本实施例采用的一个FBG渗压传感探头量程为250kPa，对应25米液 位量程，该渗压传感探头中有两个FBG， 一个应变光栅， 一个温度补偿光栅，其中心波长分别 为A 1 = 1576. 541nm， A 2 = 1582. 522nm。波长间距5. 981nm，渗压传感探头中的A 1 = 1576. 541nm，位于16通道的AWG的第2-3通道之间，入2 = 1582. 522nm，位于16通道的AWG 的第6-7通道之间，液位试验管的控制范围为0. 5m 2m，在1. 5m范围内液位最大漂移范围 约2mm。 光电二极管探测器的精度为0.001dBm。 根据实验值，本实施例相应波长的标准偏差为2pm，液位最大漂移范围约2cm，优 于总量程的千分之二。[0084] 在本实用新型各实施例中，可以设置外部通讯接口 ，例如RS232/RS485、 USB和 RJ45等，用户可以选择对应的接口 ，进行接口管理，与上位机建立通讯联系，从通讯接口接 受上位机发来的命令，向上位机发送系统中各个通道的传感信息，报警信息，通过对相应端 口的操作点亮相应通道的指示灯。 使用本实用新型各实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，可以 对一些危险场合的参数采用电子手段测量如光信号到电信号的转换、光波长信号的解调、 预报警监测、实现了现场环境的参数测量，安全性较高。 本实用新型各实施例将AWG型波分复用/解复用器件用于传感信号的解调，类似 一个基于阵列波导光栅强度解调技术的准分布式FBG高速、高精度的传感器，具有结构相 对简单、成本低、波长分辨率高、解调速度快、使用稳定等优点；另外，采用波长编码技术、波 分复用技术实现了分布式、大容量光纤光栅传感解调，充分利用了资源，保证了系统的可靠 性要求。 综上所述，本实用新型各实施例的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系 统，包括光源、隔离器、2 X 2分路器、1 X 2分路器、光纤光栅基准、多路光开关、FBG探头连接 器、FBG探头、双窗口的AWG、光电二极管探测器阵列、信号放大和A/D变换器组、以及信号解 调处理器，可以将双窗口的AWG型波分复用/解复用器件用于传感信号的解调，可以将FBG 探头置于待测物理场中，当待测物理量发生变化时，FBG探头会将载有待测物理量变化信息 的光强信号按原光路反射，反射回来的光强信号经双窗口的AWG分成不同波长的窄带光， 再将每个窄带光经光电转换、信号放大和A/D转换，得到对应的波长漂移量，再基于得到的 波长漂移量求取解调函数的值，即可得到对应的待测物理量的变化量；AWG在还不具有100 以上更多通道工艺的今天，采用双窗口的AWG并行工作，其中第一 AWG工作在C波段，第二 AWG工作在L波段，并且两波段的边缘相重合，可以实现C+L波段的宽范围波长解调；同时 AWG每两个相邻通道可对应一个传感探头的中心波长，每个通道中光强的大小反应通过的 信号波长的大�。胂钟屑际跸啾龋哂谐杀镜�、实用性强、可靠性高、分辨率高、解调速度 快、结构简单和波长范围宽的优点。 最后应说明的是以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本 实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员 来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征 进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种基于阵列波导光栅AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，其特征在于，包括光源、光纤光栅基准、多路光开关、FBG探头、双窗口的AWG、光电二极管探测器阵列、信号放大器和A/D变换器组、以及信号解调处理器，其中所述光源的激励光信号输出端分别与所述光纤光栅基准的基准端和所述多路光开关的单路端连接；所述多路光开关的多路端分别与对应的所述FBG探头的信号采集端连接，同时，所述多路光开关的所述单路端与所述双窗口的AWG的信号输入端连接；所述双窗口的AWG的信号输出端与对应的所述光电二极管探测器阵列的信号输入端连接；所述光电二极管探测器阵列的信号输出端与所述信号放大和A/D变换器组的信号输入端连接；所述信号放大和A/D变换器组的信号输出端与所述信号解调处理器的信号输入端连接。
2. 根据权利要求1所述的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，其特征在于， 所述信号解调处理器包括解调单元和计算单元，其中所述解调单元的差值信号输入端与所述信号放大和A/D变换器组的信号输出端连接； 所述解调单元的差值信号输出端与所述计算单元的波长信号输入端连接。
3. 根据权利要求1所述的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，其特征在于， 该系统还包括隔离器、2X2分路器和1X2分路器，其中所述隔离器的隔离信号输入端与所述光源的激励光信号输出端连接，隔离信号输出端 与所述2X2分路器的信号输入端连接；所述2X2分路器的信号输出端与所述光纤光栅基准的基准端连接，反射信号输入端 与所述多路光开关的单路端连接，反射信号输出端与所述1X2分路器的信号输入端连接；所述1 X 2分路器的信号输出端与所述双窗口的AWG的信号输入端连接。
4. 根据权利要求1所述的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，其特征在于， 所述多路光开关为高速光开关。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统， 其特征在于，所述FBG探头由N个通过单模光纤串接而成的FBG探头串组成。
6. 根据权利要求5所述的基于AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，其特征在于， 该系统还包括N个FBG探头连接器，所述N个FBG探头连接器的第一连接端与所述多路光 开关的多路端对应连接，第二连接端与对应的所述FBG探头中所述FBG探头串的信号采集 端连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于阵列波导光栅AWG的高速多通道光纤光栅传感解调系统，包括光源、光纤光栅基准、多路光开关、FBG探头、双窗口的AWG、光电二极管探测器阵列、信号放大器和A/D变换器组、以及信号解调处理器。本实用新型所述系统，可以克服现有技术中成本高、实用性差、可靠性差、分辨率低和解调速度慢等缺陷，以实现成本低、实用性强、可靠性高、分辨率高、解调速度快、结构简单和波长范围宽。
文档编号G01D5/26GK201476800SQ20092015371
公开日2010年5月19日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者刘信, 王清伟, 赵风琴 申请人:刘信
专业数控铣床产品供应商
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