本實用新型屬于光纖傳感器技術領域，尤其涉及一種具有自適應功能的光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng)。

背景技術：

光纖光柵傳感器由于其體積小、重量輕、耐腐蝕、靈敏度高、不受電磁干擾、成本低、易于集成等優(yōu)點，已被應用于光纖溫深鏈、光纖溫深剖面儀、光纖水聽器等，在海洋水文監(jiān)測、水聲監(jiān)測及非聲反潛探測等軍、民用領域有廣闊的應用前景。

光纖光柵傳感器是利用光纖光柵反射光波長隨溫度、應力變化的特性，實現(xiàn)物理量的測量，因此光纖光柵反射光波長的解調(diào)方法是光纖光柵傳感技術的核心技術，波長的測量精確性決定了傳感器的性能。

目前普遍使用的光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng)，具備高精度能力的都存在一些限制條件。例如，對工作環(huán)境要求嚴格，工作溫度必須在一定范圍內(nèi)才能實現(xiàn)高精度測量，否則誤差比較大；對輸入信號的光功率有范圍要求，只對在一定功率范圍內(nèi)的信號可以達到高精度，如果輸入信號功率太低則誤差較大；掃描速度低，在低速的前提下達到高精度解調(diào)，一旦速度提高則不保證精度。

導致上述問題的原因有以下幾點。首先，光學器件受溫度影響非常嚴重，在不同工作環(huán)境下特別是在高溫和低溫條件下，輸出波長與實際波長值存在偏差，嚴重影響性能；其次，應用于不同領域和環(huán)境中的光纖光柵傳感器反射回來的光信號強度有強有弱，要做到很大的動態(tài)范圍必須做相應處理，否則只能專機專用限制其輸入信號；最后，在算法上實現(xiàn)高精度一般要求比較高的速度，在一個掃描周期內(nèi)采集更多的點進行運算，這就導致數(shù)據(jù)量增加，對處理速度要求更高，如果無法實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)處理只能降低掃描速度或者較少采樣點。從而降低了精確度。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足，而提供一種具有自適應功能的光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng)，能適用于不同工作環(huán)境、根據(jù)外界環(huán)境的變化自適應的動態(tài)調(diào)整各項配置參數(shù)、且具備高速能力，在保持高掃描頻率的前提下可以提供算法更多優(yōu)化空間，實現(xiàn)高精度解調(diào)性能。

本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的，包括解調(diào)電路板、恒溫機箱和光路模塊，所述的解調(diào)電路板和光路模塊封裝在恒溫機箱內(nèi)；所述的解調(diào)電路板包括FPGA主控單元、兩路AD模塊、兩路動態(tài)增益調(diào)理模塊、兩路光電探測器模塊、驅(qū)動信號調(diào)理模塊、DA模塊、溫度監(jiān)測模塊、網(wǎng)口模塊和串口模塊；所述的恒溫機箱包括熱敏電阻模塊、溫控模塊和TEC恒溫控制模塊；所述的光路模塊包括ASE光源、可調(diào)諧濾波器、耦合器、標準具、分束器和FBG傳感器。所述的光路模塊內(nèi)的ASE光源與可調(diào)諧濾波器相連，該可調(diào)諧濾波器與耦合器，耦合器的一端通過光信號1與分束器相連，分束器與FBG傳感器相連，耦合器的另一端通過光信號2與標準具相連。

作為優(yōu)選，所述的FPGA主控單元與驅(qū)動信號調(diào)理模塊、DA模塊相連，該DA模塊與驅(qū)動信號調(diào)理模塊相連，驅(qū)動信號調(diào)理模塊與可調(diào)諧濾波器相連。

作為優(yōu)選，所述的標準具與兩路光電探測器模塊中的其中一路光電探測器0相連，光電探測器0與兩路動態(tài)增益調(diào)理模塊的其中一路動態(tài)增益調(diào)理模塊0相連，動態(tài)增益調(diào)理模塊0與兩路AD模塊的其中一路AD模塊0相連，AD模塊0與FPGA主控單元相連。

作為優(yōu)選，所述的分束器與兩路光電探測器模塊中的其中一路光電探測器1相連，光電探測器1與兩路動態(tài)增益調(diào)理模塊的其中一路動態(tài)增益調(diào)理模塊1相連，動態(tài)增益調(diào)理模塊1與兩路AD模塊的其中一路AD模塊1相連，AD模塊1與FPGA主控單元相連。

作為優(yōu)選，所述的恒溫機箱內(nèi)的熱敏電阻模塊通過溫度監(jiān)測模塊與FPGA主控單元相連，F(xiàn)PGA主控單元與溫控模塊相連，溫控模塊與TEC恒溫控制模塊相連。

作為優(yōu)選，所述的網(wǎng)口模塊和串口模塊與FPGA主控單元相連。

本實用新型的有益效果為：

本實用新型加入自適應功能，系統(tǒng)分析外界環(huán)境變化，反饋進行溫度控制、增益控制、驅(qū)動信號控制等，以達到系統(tǒng)最佳工作狀態(tài)，避免干擾，不但提高了系統(tǒng)的精度，也增加了系統(tǒng)的通用性和適應性；

本實用新型采用高采樣率進行數(shù)據(jù)采集，在保持高掃描頻率的前提下采集更多的點進行計算，從而細化了分辨刻度、增加精度度；

本實用新型采用FPGA主控單元作為系統(tǒng)的核心控制單元，其具備的速度快、功耗低、為高速數(shù)據(jù)采集和高精度算法的實現(xiàn)提供了完美的解決方案、FPGA的靈活性，為系統(tǒng)的接口設置和擴展提供便利條件。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構框圖。

圖2是本實用新型的系統(tǒng)總體結構框圖。

附圖中的標號分別為：1、解調(diào)電路板；2、恒溫機箱；3、光路模塊；4、FPGA主控單元；5、兩路AD模塊；6、兩路動態(tài)增益調(diào)理模塊；7、兩路光電探測器模塊；8、驅(qū)動信號調(diào)理模塊；9、DA模塊；10、溫度監(jiān)測模塊；11、網(wǎng)口模塊；12、串口模塊；13、熱敏電阻模塊；14、溫控模塊；15、TEC恒溫控制模塊；16、ASE光源；17、可調(diào)諧濾波器；18、耦合器；19、標準具；20、分束器；21、FBG傳感器。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型做詳細的介紹：如附圖1、2所示，本實用新型包括解調(diào)電路板1、恒溫機箱2和光路模塊3，所述的解調(diào)電路板1和光路模塊3封裝在恒溫機箱2內(nèi)；所述的解調(diào)電路板1包括FPGA主控單元4、兩路AD模塊5、兩路動態(tài)增益調(diào)理模塊6、兩路光電探測器模塊7、驅(qū)動信號調(diào)理模塊8、DA模塊9、溫度監(jiān)測模塊10、網(wǎng)口模塊11和串口模塊12；所述的恒溫機箱2包括熱敏電阻模塊13、溫控模塊14和TEC恒溫控制模塊15；所述的光路模塊3包括ASE光源16、可調(diào)諧濾波器17、耦合器18、標準具19、分束器20和FBG傳感器21。

本實用新型的具體工作流程如下：

1)、ASE光源16輸出解調(diào)光譜，范圍為1527nm-1567nm，進入可調(diào)諧濾波器17中；

2)、FPGA主控單元4根據(jù)設定好的參數(shù)控制DA模塊9輸出驅(qū)動信號，并控制調(diào)理電路把驅(qū)動信號調(diào)整到可調(diào)諧濾波器17工作范圍內(nèi)；

3)、可調(diào)諧濾波器17在驅(qū)動信號的驅(qū)動下，對輸入光信號進行掃描并輸出，輸出的光信號進入耦合器18；

4)、耦合器18把輸入光一分為二，光信號1直接進入分束器20、光信號2進入標準具19；

5)、標準具19把輸入信號進行處理，產(chǎn)生梳狀光譜強度信號進入光電探測器0；

6)、光信號1進入分束器20后輸入到FBG傳感器21中，F(xiàn)BG傳感器21反射的光信號再通過分束器20進入光電探測器1中；

7)、光電轉(zhuǎn)換輸出的電壓信號進入動態(tài)增益控制模塊，F(xiàn)PGA主控單元4根據(jù)初始設置的參數(shù)調(diào)整增益倍數(shù)進行放大，放大輸出信號再經(jīng)過低通濾波器后輸入到AD采集模塊；

8)、FPGA主控單元4從AD模塊接收數(shù)據(jù)，并判斷其幅度值是否達到AD合適量程，若未達到或削波則控制動態(tài)增益控制模塊進行相應調(diào)整，未達幅度要求的信號不做算法處理；

9)、網(wǎng)口模塊11用于傳輸采集到得數(shù)據(jù)點，串口模塊12用于上位機下載設置參數(shù)并上傳波長數(shù)據(jù)；

10)、由于可調(diào)諧濾波器17長時間工作會積累電荷，并導致偏移誤差，F(xiàn)PGA主控單元4對每個掃描周期內(nèi)采集到得標準具19信號進行分析，如果發(fā)現(xiàn)偏移情況，便通過控制調(diào)理模塊8調(diào)整驅(qū)動信號進行補償，從而消除偏移誤差；

系統(tǒng)光學器件設定的工作溫度為25℃，為了保持這個恒定工作溫度、避免溫度變化對精度的影響，系統(tǒng)把對溫度敏感的器件封裝在恒溫機箱2中，F(xiàn)PGA主控單元4通過熱敏電阻13監(jiān)測恒溫盒內(nèi)溫度，當溫度偏移時，F(xiàn)PGA主控單元4通過控制溫控模塊14作用于TEC模塊15進行溫度補償，從而實現(xiàn)恒溫控制功能。

本實用新型不局限于上述實施方式，不論在其形狀或材料構成上作任何變化，凡是采用本實用新型所提供的結構設計，都是本實用新型的一種變形，均應認為在本實用新型保護范圍之內(nèi)。