一種光纖光柵解調(diào)儀及其溫度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖光柵解調(diào)儀，特別地，涉及一種可在一定溫度范圍內(nèi)工作的光纖光柵解調(diào)儀及其溫度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖光柵傳感器是光纖傳感器的一種，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、溫度監(jiān)測和鐵路落石監(jiān)測等領(lǐng)域。因?yàn)楣饫w光柵傳感器是靠反射光的中心波長變化來反映被測物理量的大小的，所以光纖光柵傳感器都需要配合光纖光柵解調(diào)儀將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙挥?jì)算機(jī)系統(tǒng)所識別電信號才能最終為人所用。
[0003]目前，光纖光柵解調(diào)儀主要有衍射光柵式(如:CN201425690，《高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)》)和掃描濾波式(如:CN203083585U,《基于掃描激光器原理的光纖光柵解調(diào)儀》)兩種。無論是衍射光柵式還是掃描濾波式光纖光柵解調(diào)儀都會不可避免地使用光電子器件和純光學(xué)器件。由于現(xiàn)有工藝限制以及光電器件的原理特性，光電子器件和純光學(xué)器件的工作溫度范圍都較窄。以純光學(xué)無源器件光纖環(huán)形器為例，市面上能夠買到的光纖環(huán)形器工作溫度范圍多為_5°C?70°C，極少數(shù)產(chǎn)品可達(dá)到-20°C?70°C。若超出該溫度范圍，其插入損耗和串?dāng)_等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)都會急劇增大，從而無法使用。而光源、光開關(guān)等有源器件一般工作溫度范圍會更窄。因此，無論是哪種原理的光纖光柵解調(diào)儀都無法在有著較為嚴(yán)苛的環(huán)境溫度的條件下使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有的光纖光柵解調(diào)儀不能在寬溫范圍內(nèi)使用的缺陷，本發(fā)明提供一種光纖光柵解調(diào)儀及其溫度控制方法，使光纖光柵解調(diào)儀的工作溫度范圍擴(kuò)展到了 -40°C?70°C。
[0005]在本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種光纖光柵解調(diào)儀，包括:溫度控制系統(tǒng)；工作腔，包括光纖光柵解調(diào)儀的光學(xué)器件；保溫層，包裹所述工作腔，用于隔離所光學(xué)器件與工作腔外部的熱交換；其中所述溫度控制系統(tǒng)與所述工作腔耦合，用以調(diào)節(jié)所述工作腔內(nèi)的溫度。
[0006]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，其中所述溫度控制系統(tǒng)包括溫度控制電路、溫度傳感器和溫度調(diào)節(jié)裝置，其中所述溫度傳感器與所述溫度控制電路相耦合；其中所述溫度調(diào)節(jié)裝置與所述溫度控制電路相耦合。
[0007]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述溫度傳感器安裝在工作腔內(nèi)側(cè)。
[0008]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述溫度傳感器包括一組溫度傳感器。
[0009]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述溫度調(diào)節(jié)裝置包括制冷加熱器。
[0010]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述制冷加熱器為半導(dǎo)體制冷器。
[0011]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體制冷器被安裝成使得它的工作面緊貼于工作腔的外表面處。
[0012]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述制冷加熱器包括加熱器和制冷器。
[0013]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述加熱器被完全安置在工作腔內(nèi)，并且所述制冷器被嵌入在所述工作腔及包裹所述工作腔的保溫層中。
[0014]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述所述工作腔包括光開關(guān)、光源、光電轉(zhuǎn)換模塊和環(huán)形器。
[0015]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述工作腔包括掃描光源、環(huán)形器、光電探測器、掃描光源控制電路及光電檢測電路。
[0016]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述工作腔包括掃描光源、環(huán)形器、光電探測器；所述光纖光柵解調(diào)儀還包括掃描光源控制電路及光電檢測電路；其中掃描光源控制電路及光電檢測電路位于所述工作腔的外部并且與所述掃描光源和光電探測器相耦合。
[0017]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述工作腔內(nèi)的溫度在30°C?45。。。
[0018]在本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種光纖光柵解調(diào)儀的溫度控制方法，包括:
檢測光纖光柵解調(diào)儀所包括的工作腔內(nèi)的溫度，其中所述工作腔包括所述光纖光柵解調(diào)儀的光學(xué)器件；
由光纖光柵解調(diào)儀所包括的溫度控制系統(tǒng)確定所檢測的工作腔內(nèi)的溫度是否滿足設(shè)定的溫度閾值；
如果不滿足所設(shè)定的溫度閾值，則調(diào)整所述溫度控制系統(tǒng)的溫度控制電路的輸出功率，以使得工作腔內(nèi)的溫度滿足所述溫度閾值。
[0019]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述溫度閾值是一個(gè)溫度范圍，包括一個(gè)上限溫度和一個(gè)下限溫度。
[0020]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述溫度范圍是30°C?45°C。
[0021]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)所述溫度控制系統(tǒng)包括的加熱制冷器采用半導(dǎo)體制冷器時(shí)，調(diào)整所述溫度控制系統(tǒng)的溫度控制電路的輸出功率步驟通過增大半導(dǎo)體制冷器的輸出功率來調(diào)整工作腔內(nèi)的溫度。
[0022]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體制冷器被安裝成使得它的工作面緊貼于工作腔的外表面處，其中所述工作腔外包裹由保溫層。
[0023]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)所述溫度控制系統(tǒng)制包括制冷器和加熱器時(shí)，調(diào)整所述溫度控制系統(tǒng)的溫度控制電路的輸出功率步驟通過增大制冷器的輸出功率以降低溫度和通過增大加熱器的輸出功率以升高溫度來調(diào)整工作腔內(nèi)的溫度。
[0024]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述加熱器被完全安置在工作腔內(nèi)，并且所述制冷器被嵌入在所述工作腔及包裹所述工作腔的保溫層中。
[0025]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述述工作腔包括光開關(guān)、光源、光電轉(zhuǎn)換模塊和環(huán)形器。
[0026]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述工作腔包括掃描光源、環(huán)形器、光電探測器、掃描光源控制電路及光電檢測電路。
[0027]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述工作腔包括掃描光源、環(huán)形器、光電探測器；所述光纖光柵解調(diào)儀還包括掃描光源控制電路及光電檢測電路；其中掃描光源控制電路及光電檢測電路位于所述工作腔的外部并且與所述掃描光源和光電探測器相耦合。
[0028]本發(fā)明的效果是:大大擴(kuò)展了光纖光柵解調(diào)儀的工作溫度范圍，若選擇了效能較高的加熱制冷裝置，儀器的工作溫度甚至能超過_40°C?70°C;較精確的溫度控制能夠提高光電元器件的性能，提高光纖光柵解調(diào)儀的解調(diào)精度，延長儀器使用壽命，增強(qiáng)可靠性。
【附圖說明】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0030]圖1是本發(fā)明的一種光纖光柵解調(diào)儀的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0031]圖2是本發(fā)明的另一種光纖光柵解調(diào)儀的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0032]圖3是本發(fā)明的一種光纖光柵解調(diào)儀的溫度控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]圖1示出本發(fā)明的一個(gè)用于光纖光柵解調(diào)儀的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。該光纖光柵解調(diào)儀優(yōu)選地適用于衍射光柵型光纖光柵解調(diào)儀。
[0034]在圖1中，溫度控制電路標(biāo)記為101 ;光開關(guān)標(biāo)記為102 ;光源標(biāo)記為103 ;光電轉(zhuǎn)換模塊標(biāo)記為104 ;連接至光開關(guān)102的光纖標(biāo)記為105 ;連接至上位機(jī)的數(shù)據(jù)線標(biāo)記為106 ;工作腔標(biāo)記為107 ;溫度傳感器電源及數(shù)據(jù)線標(biāo)記為108 ;制冷加熱器的控制及電源線標(biāo)記為109 ;保溫層標(biāo)記為110 ;光纖標(biāo)記為111 ;環(huán)形器標(biāo)記為112 ;制冷加熱器標(biāo)記為113 ;溫度傳感器標(biāo)記為114 ;光纖光柵解調(diào)儀機(jī)箱標(biāo)記為115。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，該光纖光柵解調(diào)儀包括光纖光柵解調(diào)儀機(jī)箱115、工作腔107和溫度控制系統(tǒng)。所述工作腔107和溫度控制系統(tǒng)包含在光纖光柵解調(diào)儀機(jī)箱115中。光源103、光開關(guān)102、光電轉(zhuǎn)換模塊104、連接至光開關(guān)的光纖105、連接至上位機(jī)的數(shù)據(jù)線106、環(huán)形器112、光纖111和光纖光柵解調(diào)儀機(jī)箱15組成了一個(gè)基本的多通道光纖光柵解調(diào)儀。光纖105的另一側(cè)連接至光纖光柵傳感器。光纖111連接光開關(guān)102和環(huán)形器112。光源103和光電轉(zhuǎn)換模塊104均分別與環(huán)形器112相f禹合。
[0036]工作腔107包括光源103、光開關(guān)102、光電轉(zhuǎn)換模塊104、連接至光開關(guān)102的光纖105、連接至上位機(jī)的數(shù)據(jù)線1