李鴻強(qiáng)，孫　杰，張　誠(chéng)，陳雪龍，崔貝貝，崔佃銀，袁丹陽(yáng)（天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，天津　300387）

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基于AWG的多通道光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)

李鴻強(qiáng)，孫杰，張誠(chéng)，陳雪龍，崔貝貝，崔佃銀，袁丹陽(yáng)
（天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，天津300387）

摘要：設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于陳列波導(dǎo)光柵（AWG）的多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng).該系統(tǒng)由寬帶光源、隔離器、耦合器、光環(huán)路器、光纖布拉格光柵（FBG）傳感器、AWG、光電探測(cè)電路、調(diào)理放大電路、低通濾波電路和ARM控制電路等組成，采用光強(qiáng)法解調(diào)技術(shù)，對(duì)FBG傳感器的溫度進(jìn)行精確測(cè)量.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該解調(diào)系統(tǒng)測(cè)量誤差不大于±0.1℃，F(xiàn)BG中心波長(zhǎng)解調(diào)范圍為1 545.30～1 560.50 nm，可實(shí)現(xiàn)對(duì)4通道的32個(gè)FBG傳感器同時(shí)測(cè)量.

關(guān)鍵詞：多通道；光纖布拉格光柵；陣列波導(dǎo)光柵；ARM；解調(diào)系統(tǒng)

光纖布拉格光柵（fiber Bragg grating，F(xiàn)BG）傳感器是一種新型的光無(wú)源器件，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低損耗、可靠性高、抗電磁干擾、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，廣泛應(yīng)用于應(yīng)變、溫度、壓力、磁場(chǎng)、加速度等物理量的測(cè)量[3-6]. FBG作為一種波長(zhǎng)調(diào)制型的光無(wú)源傳感器，其被測(cè)物理量的信息反映在FBG中心波長(zhǎng)的偏移量上，通過(guò)測(cè)量FBG中心波長(zhǎng)的變化量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量，因此，F(xiàn)BG波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)是FBG傳感器應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù).近些年，國(guó)內(nèi)外在FBG傳感解調(diào)方面進(jìn)行了大量的研究，目前已見(jiàn)報(bào)導(dǎo)的FBG傳感解調(diào)技術(shù)有匹配光纖光柵法、可調(diào)濾波檢測(cè)法[7]、非平衡M-Z干涉儀法[8]、可調(diào)諧F-P濾波檢測(cè)法[9]、可調(diào)窄帶光源檢測(cè)法[10]等.其中，可調(diào)諧F-P濾波器檢測(cè)法為最常用的光纖光柵解調(diào)方法，該方法具有較高的分辨率與測(cè)量范圍，可同時(shí)計(jì)算出16通道、320個(gè)光纖光柵溫度傳感器的溫度值[11]，但隨著掃描速率的提高，其解調(diào)精度與波長(zhǎng)掃描范圍都會(huì)降低[12].其他方法因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整困難、測(cè)量準(zhǔn)確度不高而不利于實(shí)現(xiàn)或成本太高等，在應(yīng)用方面受到了限制.而陣列波導(dǎo)光柵（arrayed waveguide grating，AWG）是一種角色散型無(wú)源器件，與其它波分復(fù)用器件相比，AWG具有設(shè)計(jì)靈活、插入損耗低、信道串?dāng)_小、濾波性能好、長(zhǎng)期穩(wěn)定、易與光纖耦合等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于密集波分復(fù)用（dense wavelength division multiplexing，DWDM）光通信系統(tǒng)中，在傳感解調(diào)方面也得到了廣泛應(yīng)用[13].

本文從FBG的光學(xué)特性和AWG的解調(diào)原理出發(fā)，設(shè)計(jì)出一種基于AWG的多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，以ARM處理器為核心控制器件，結(jié)合AWG波分復(fù)用技術(shù)和光強(qiáng)法解調(diào)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)FBG傳感器溫度的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè).

1　AWG波長(zhǎng)解調(diào)原理及光強(qiáng)法解調(diào)算法

1.1 AWG波長(zhǎng)解調(diào)原理

AWG波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)基本組成框圖如圖1所示. 圖1中，寬帶光源輸出的光經(jīng)隔離器和耦合器后進(jìn)入FBG傳感器，F(xiàn)BG傳感器的反射光再經(jīng)耦合器進(jìn)入到AWG輸入端.根據(jù)AWG波長(zhǎng)解調(diào)原理，F(xiàn)BG傳感器的反射光由AWG輸出通道中中心波長(zhǎng)與FBG中心波長(zhǎng)相鄰的兩通道輸出，輸出光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、放大濾波、A/D轉(zhuǎn)換和處理單元的波長(zhǎng)解調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)FBG波長(zhǎng)偏移量的測(cè)量，即完成對(duì)被測(cè)物理量的測(cè)量[14].

圖1　AWG波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)基本組成框圖Fig.1 Basic composition block diagram of AWG wavelength demodulation system

以單個(gè)FBG為例，AWG波長(zhǎng)解調(diào)原理如圖2所示.

圖2中，設(shè)其中心波長(zhǎng)為λFBGm，Ch（i）、Ch（i+1）（0≤i≤M，M為AWG的最大通道數(shù)）為對(duì)應(yīng)中心波長(zhǎng)λFBGm的AWG中2個(gè)相鄰的輸出通道透射譜，AWG通道i 和AWG通道i+1對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)分別為λi和λi+1，2個(gè)通道的輸出光強(qiáng)Pi和Pi+1分別為AWG通道i和AWG通道i+1的透射譜分別與FBG反射譜的重疊積分，如圖2（a）所示；在AWG溫度不變和FBG不受應(yīng)力的情況下，當(dāng)FBG的溫度發(fā)生變化時(shí)，F(xiàn)BG反射光的中心波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生漂移，從而FBG的反射譜與AWG相鄰雙通道透射譜疊加面積發(fā)生變化，即AWG相鄰兩通道的輸出光強(qiáng)發(fā)生變化.假設(shè)AWG的透射譜和FBG的反射譜均為高斯型，當(dāng)溫度下降時(shí)，F(xiàn)BG傳感器中心波長(zhǎng)向左移，則AWG通道i的輸出光強(qiáng)增強(qiáng)，AWG通道i+1的輸出光強(qiáng)減弱，如圖2（b）所示；當(dāng)溫度升高時(shí)，F(xiàn)BG傳感器中心波長(zhǎng)向右移，則AWG通道i的輸出光強(qiáng)減弱，AWG通道i+1的輸出光強(qiáng)增強(qiáng)，如圖2（c）所示.最后通過(guò)檢測(cè)AWG相鄰2通道的輸出光強(qiáng)變化，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的光強(qiáng)比對(duì)數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系即可解調(diào)出FBG傳感器的波長(zhǎng)偏移量.

圖2　AWG波長(zhǎng)解調(diào)原理圖Fig.2 Schematic diagram of AWG wavelength demodulation

1.2光強(qiáng)法解調(diào)算法

AWG波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)中，1×N AWG通道i的傳輸譜函數(shù)為：

式中：T0為傳輸譜的歸一化因子；λ和λi分別表示入射光波長(zhǎng)和AWG通道i的中心波長(zhǎng)；Δλi為AWG通道i傳輸譜的半峰值帶寬（FWHM）.

假設(shè)FBG的反射譜為高斯型，其反射譜函數(shù)可表示為：

式中：R0為反射譜的歸一化因子；λFBG為FBG的中心波長(zhǎng)；ΔλFBG為FBG反射譜的半峰值帶寬.

AWG各通道的輸出光強(qiáng)為光源功率、反射譜、傳輸譜三者的乘積在整個(gè)光譜范圍的積分，通道i和通道i+1的輸出光強(qiáng)可表示為：

式中：Pi和Pi+1分別為AWG通道i、通道i+1的輸出光強(qiáng)；Li和Li+1分別為AWG通道i和通道i+1的衰減因子，在同一個(gè)AWG波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)中，可認(rèn)為各通道的衰減因子都相等，即Li= Li+1= L；IS（λ）為光源的光功率.

由式（1）、式（2）可知，光強(qiáng)主要由波長(zhǎng)在λi、λFBG附近的光決定，寬帶光源的輸出光功率在一個(gè)較窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)可以認(rèn)為是一個(gè)定值Is，設(shè)AWG通道間隔相同，即Δλ=λi+1-λi為常量，式（3）、式（4）可以簡(jiǎn)化為：

在AWG各通道傳輸系數(shù)、半峰值帶寬相等的情況下，AWG相鄰?fù)ǖ赖墓鈴?qiáng)比對(duì)數(shù)為與FBG中心波長(zhǎng)關(guān)系為：

式（7）為AWG波長(zhǎng)解調(diào)算法的原理公式，AWG輸出光強(qiáng)比對(duì)數(shù)與FBG傳感器反射波長(zhǎng)呈線性關(guān)系，因此通過(guò)檢測(cè)AWG輸出光強(qiáng)信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)FBG波長(zhǎng)信息的檢測(cè).

2　多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究

2.1多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)工作原理

多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于AWG波分解復(fù)用功能，單通道能解調(diào)的FBG傳感器個(gè)數(shù)受AWG通道數(shù)的影響，本文采用4個(gè)1×16的AWG，總共4通道，最多可同時(shí)解調(diào)32個(gè)FBG傳感器，多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)框圖如圖3所示.

圖3　多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)框圖Fig.3 System block diagram of multi channel fiber Bragg grating demodulation system

寬帶光源選擇SLED寬帶光源，發(fā)射1 525～1 565 nm波段的寬帶光，經(jīng)1×4耦合器入射到各個(gè)通道的FBG傳感器，F(xiàn)BG傳感器發(fā)射的光經(jīng)環(huán)路器入射到各通道的AWG，由AWG波長(zhǎng)解調(diào)原理可知，各FBG傳感器的反射光由AWG相應(yīng)兩通道輸出，光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)調(diào)理放大電路后由AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最后由ARM芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和波長(zhǎng)解調(diào)，計(jì)算出FBG傳感器的溫度值，再將解調(diào)結(jié)果通過(guò)串口上傳到PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度的檢測(cè)和顯示.為了滿足測(cè)量需要，F(xiàn)BG傳感器中心波長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)AWG輸出通道的中心波長(zhǎng)來(lái)選擇，盡量讓FBG傳感器的中心波長(zhǎng)處于AWG對(duì)應(yīng)兩輸出通道中心波長(zhǎng)的中心，并且在測(cè)量范圍內(nèi)，F(xiàn)BG傳感器中心波長(zhǎng)的漂移范圍應(yīng)在對(duì)應(yīng)AWG輸出兩通道中心波長(zhǎng)之間，減少FBG傳感器之間的串?dāng)_，提高系統(tǒng)精度.

2.2控制器單元

對(duì)整個(gè)多通道光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的解調(diào)性能來(lái)說(shuō)，處理器的選擇是至關(guān)重要的.大量的數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和處理，SPI通信，與上位機(jī)通信接口，這些功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)處理器的速度和運(yùn)算能力提出了很高的要求.本文選用STM32F107作為信號(hào)采集控制和數(shù)據(jù)傳輸控制芯片，此芯片功耗低，集成了各種高性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，具有硬件除法和單周期乘法功能，高達(dá)64kB 的SRAM，其具備SPI串口，可與AD芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具備USB OTG接口，支持最新USB技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)USB向PC機(jī)上傳波長(zhǎng)數(shù)據(jù)和溫度值.

2.3光電信號(hào)轉(zhuǎn)換

光電探測(cè)器的選擇在很大程度上影響著解調(diào)系統(tǒng)的精度，在設(shè)計(jì)多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)時(shí)為了保證系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度和穩(wěn)定性，本文采用山東招金光電子公司生產(chǎn)的InGaAs PIN型光電二極管作為系統(tǒng)的光電探測(cè)器，此光電探測(cè)器的光譜范圍在1100～1650 nm之間，頻帶寬，響應(yīng)速度快，光電轉(zhuǎn)換靈敏度高.光電探測(cè)器輸出的電流一般為微安（μA）級(jí)別，則必須選擇輸入偏置電流小、失調(diào)小、增益高、響應(yīng)快、漂移低和性能穩(wěn)定的放大器作為前置放大器.本文采用ICL7650為前置放大器，完成電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)化以及放大，再由OP27組成的主放大電路進(jìn)一步放大，以滿足AD芯片的轉(zhuǎn)換要求，系統(tǒng)檢測(cè)的溫度信號(hào)屬于靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的低頻信號(hào).為了提高系統(tǒng)的分辨率，設(shè)計(jì)了低通濾波電路對(duì)高頻熱噪聲進(jìn)行濾波處理，最終輸出穩(wěn)定的電壓信號(hào).

2.4 A/D芯片選型

AD芯片的選擇主要從3方面考慮：輸入信號(hào)量程、輸入信號(hào)的帶寬和精度.本文設(shè)計(jì)的光電調(diào)理放大電路輸出電壓限制在0～2.5 V，待測(cè)信號(hào)屬于靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào).為了確定所需AD芯片的精度，搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖4所示.

圖4　光電調(diào)理放大電路特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)Fig.4 Test experiment of characteristics of photoelectric conditioning circuit

圖4中，將光源輸出的光經(jīng)3 dB耦合器按1∶1分光后分別輸入光電探測(cè)器和光功率計(jì)，光功率計(jì)記錄的值可認(rèn)為是光電探測(cè)器的輸入光功率，調(diào)節(jié)寬帶光源的輸出功率，記錄光功率計(jì)的值和電壓表的值，通過(guò)線性擬合，得到光電調(diào)理放大電路輸出電壓V和輸入光功率Ps的關(guān)系式：

從式（8）可得，光電調(diào)理放大電路的光強(qiáng)響應(yīng)度為0.000 574 52 V/nW.

實(shí)驗(yàn)中將AWG的輸出光接入到光功率計(jì)中，將FBG傳感器置于高低溫實(shí)驗(yàn)箱中，每隔0.1℃記錄一次光功率計(jì)的值，測(cè)得AWG輸出光功率的最小變化量0.2 nW.由式（8）得，光電調(diào)理放大電路的輸出電壓最小變化值為0.000 115 V，因此為了實(shí)現(xiàn)精確解調(diào)，必須選用高精度的AD轉(zhuǎn)換芯片.

本文采用TI公司生產(chǎn)的8通道、16位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADS8345，該芯片最高采樣頻率達(dá)100 kHz，內(nèi)部自帶保持器，其選用2.5 V為產(chǎn)考電壓，精度可達(dá)到0.000 038 V，滿足實(shí)驗(yàn)要求.

2.5解調(diào)軟件

光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的程序功能主要有配置AD芯片工作、接收AD芯片采集數(shù)據(jù)、利用光強(qiáng)法解調(diào)FBG傳感器中心波長(zhǎng)并將解調(diào)出的波長(zhǎng)值及溫度值通過(guò)USB上傳給PC機(jī)，系統(tǒng)軟件的主程序框圖如圖5所示.

圖5　主程序框圖Fig.5 Main program block diagram

主程序首先調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)，完成系統(tǒng)時(shí)鐘、I/O口、SPI、串行口的初始化，將端口PD0～PD7配置為通用推挽輸出模式，用于4個(gè)通道板上的8個(gè)ADS8345芯片的片選，ADS8345與STM32F107之間采用SPI通信模式，設(shè)置STM32F107的SPI1為主模式，NSS管腳設(shè)置為軟件模式，控制ADS8345的8個(gè)通道按順序進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)DMA方式將SPI_DR中的采樣結(jié)果送至指定的內(nèi)存單元中，采用過(guò)采樣的方法，多次采樣求平均值，一次循環(huán)采樣結(jié)束后，對(duì)各通道求得的采樣平均數(shù)帶入波長(zhǎng)解調(diào)公式，解調(diào)出波長(zhǎng)值和溫度值，最后通過(guò)USB進(jìn)行發(fā)送，發(fā)送結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)行下一次采樣循環(huán).

3　多通道光纖光柵解調(diào)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

本文以單通道為例，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證多通道解調(diào)系統(tǒng)的可行性.解調(diào)實(shí)驗(yàn)選擇SLED（深圳市眾望達(dá)光電有限公司）作為系統(tǒng)光源，輸出光功率典型值為11 mW；AWG（奧康光通器件有限公司）通道中心波長(zhǎng)范圍為1 545.30～1 560.50 nm，信道間隔為100 GHz；被測(cè)FBG傳感器的中心波長(zhǎng)分別為1 546.44、1 548.01、1 549.79、1 551.25、1 552.90、1 554.61、1 555.85、1 557.84 nm，波長(zhǎng)間隔為1.6 nm，如圖6所示.

圖6　8個(gè)串聯(lián)FBG的中心波長(zhǎng)Fig.6 Central wavelength of 8 series FBG

3.1系統(tǒng)的精度

完成系統(tǒng)各模塊的調(diào)試后，按圖3所示搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以單通道為例，將8個(gè)串聯(lián)的FBG傳感器置于高低溫實(shí)驗(yàn)箱中，溫度從20～60℃變化，利用本文設(shè)計(jì)的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)測(cè)量其中心波長(zhǎng)，每隔5℃記錄一次FBG傳感器的中心波長(zhǎng)值.為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，在溫度達(dá)到設(shè)定值后先穩(wěn)定10 min后再記錄數(shù)據(jù)，并以MOI公司生產(chǎn)的Si725型光纖光柵傳感分析儀所標(biāo)定的FBG1—FBG8的中心波長(zhǎng)作為真實(shí)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值做對(duì)比，結(jié)果如圖7所示.

由圖7可知，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與標(biāo)定值相當(dāng)吻合，各個(gè)FBG傳感器中心波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與標(biāo)定值的絕對(duì)誤差不大于0.02 nm.

圖7　FBG中心波長(zhǎng)與溫度的關(guān)系曲線Fig.7 Relationship curve between FBG center wavelength and temperature

3.2系統(tǒng)的穩(wěn)定性

將1個(gè)FBG傳感器（篇幅所限，以中心波長(zhǎng)為1 552.90 nm的FBG傳感器為例）置于高低溫恒溫箱中，分別設(shè)定溫度為25、30、35、40、45、50、55℃，每個(gè)溫度連續(xù)測(cè)量1 h，每隔5 min記錄一次數(shù)據(jù)，將不同溫度下測(cè)得的數(shù)據(jù)求相對(duì)于設(shè)定溫度的方差，得到如圖8所示的測(cè)量誤差的方差隨溫度變化的曲線.

由圖8可知，該多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，浮動(dòng)范圍小于±0.1℃，即多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)對(duì)溫度的檢測(cè)值精度為±0.1℃.

圖8　多通道光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果Fig.8 Stability results for multi-channel fiber grating demodulation system

4　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)光纖光柵傳感解調(diào)這一問(wèn)題，本文詳細(xì)介紹了陣列波導(dǎo)光柵波長(zhǎng)解調(diào)原理，提出了基于陣列波導(dǎo)光柵的多通道光纖光柵解調(diào)器的總體方案和軟硬件設(shè)計(jì)，從理論和實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了其可行性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該解調(diào)器可以多通道、實(shí)時(shí)、定量監(jiān)測(cè)光纖光柵傳感器，具有較高的精度和較好的穩(wěn)定性，解調(diào)溫度誤差不大于±0.1℃，F(xiàn)GB中心波長(zhǎng)解調(diào)范圍為1 545.30～1 560.50 nm，能同時(shí)對(duì)4通道的32個(gè)光纖光柵溫度傳感器的溫度值進(jìn)行檢測(cè)，本研究為光纖傳感器的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

[1] SU H，HUANG X G. A novel fiber Bragg grating interrogating sensor system based on AWG demultiplexing [J]. Optics Communications，2007，275（1）：196-200.

[2]華靜，劉月明，何正炎，等.基于AWG的耐高溫長(zhǎng)周期光纖光柵應(yīng)變監(jiān)測(cè)信號(hào)解調(diào)技術(shù)研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，25（6）：799-802. HUA J，LIU Y M，HE Z Y，et al. Research on strain signal interrogation technology of high-temperature long-period fiber grating based on AWG [J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators，2012，25（6）：799-802（in Chinese）.

[3]陶珺，穆磊，杜平.基于InGaAs光譜成像技術(shù)的光纖光柵傳感器在大壩滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].光子學(xué)報(bào)，2010，39（1）：42-46. TAO J，MU L，DU P. Application of optical fiber sensors using linear ingaas spectral imaging technique to seepage monitoring of dam[J]. Acta Photonica Sinica，2010，39（1）：42-46（in Chinese）.

[4]張嵩，王劍.光纖光柵傳感技術(shù)在隧道火災(zāi)監(jiān)控中的應(yīng)用[J].激光與紅外，2010，40（2）：178-180.ZHANG S，WANG J. Application in the tunnel fire monitoring of fiber Bragg grating sensor technology [J]. Laser & Infrared，2010，40（2）：178-180（in Chinese）.

[5]王玉寶，蘭海軍.基于光纖布拉格光柵波/時(shí)分復(fù)用傳感網(wǎng)絡(luò)研究[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（8）：2196-2201. WANG Y B，LAN H J. Study of fiber bragg grating sensor system based on wavelength-division multiplexing/time-division multiplexing[J]. Acta Optica Sinica，2010，30（8）：2196-2201 （in Chinese）.

[6]王宏亮，宋娟，馮德全，等.應(yīng)用于特殊環(huán)境的光纖光柵溫度壓力傳感器[J].光學(xué)精密工程，2011，19（3）：545-551. WANG H L，SONG J，F(xiàn)ENG D Q，et al. High temperaturepressure FBG sensor applied to special environments [J]. Optics and Precision Engineering，2011，19（3）：545-551（in Chinese）.

[7]王艦，唐峰，任立勇，等.基于可調(diào)高斯型濾波器的光纖光柵振動(dòng)解調(diào)技術(shù)研究[J].應(yīng)用光學(xué)，2010，31（6）：993-999. WANG J，TANG F，REN L Y，et al. Vibration demodulation using fiber grating based on tunable Gaussian filter [J]. Journal of Applied Optics，2010，31（6）：993-999（in Chinese）.

[8] JIANG Yi，DING Wenhui，LIANG Pengjuan，et al. Phaseshifted white-light interferometry for the absolute measurement of fiber optic mach -zehnder interferometers [J]. Journal of Lightwave Technology，2010，28（22）：3294-3299.

[9]張磊，于清旭.光纖F-P腔與FBG復(fù)用傳感器精確解調(diào)方法研究[J].光電子·激光，2009，20（8）：1008-1011. ZHANG L，YU Q X. An improved demodulation method for FP and FBG multiplexing system[J]. Journal of Optoelectronics· Laser，2009，20（8）：1008-1011（in Chinese）.

[10]甘維兵，張翠，祁耀斌.基于可調(diào)窄帶光源的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（5）：118-120. GAN W B，ZHANG C，QI Y B. FBG demodulation system based on tunable narrowband light source [J]. Journal of Wuhan University of Technology，2009，31（5）：118-120（in Chinese）.

[11]朱權(quán)，卜從容.多通道光纖光柵溫度解調(diào)儀表研究[J].信息技術(shù)，2013，12（12）：88-89，94. ZHU Q，BU C R. Multi -channel fiber bragg grating wavelength interrogator[J]. Information Technology，2013，12（12）：88-89，94（in Chinese）.

[12]李錦明，馬游春，閆樹(shù)斌.基于可調(diào)諧濾波器的高精度寬量程光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)[J].中國(guó)激光，2013，40（9）：114-118. LI J M，MA Y C，YAN S B. High precision and wide scale fiber Bragggratingsensorinterrogationsystembaseontunablefilter[J]. Chinese Journalof Lasers，2013，40（9）：114-118（in Chinese）.

[13]孫金露，苗長(zhǎng)云，張誠(chéng)，等.陣列波導(dǎo)光柵波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償方法的研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，26（11）：1543-1547. WANG J L，MIAO C Y，ZHANG C，et al. Research on the temperature compensation method for the arrayed waveguide grating wavelength demodulation system[J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators，2013，26（11）：1543-1547（in Chinese）.

[14] LIHongqiang，LIYang，LIEnbang，etal.Temperature-insensitive arrayed waveguide grating demodulation technique for fiber Bragg grating sensors [J]. Optics and Laser Technology，2013，51：77-78.

Multi-channel FBG sensor demodulation system based on arrayed waveguide grating（AWG）

LI Hong-qiang，SUN Jie，ZHANG Cheng，CHEN Xue-long，CUI Bei-bei，CUI Dian-yin，YUAN Dan-yang
（School of Electronics and Information Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

Abstract：A multi-channel fiber Bragg grating（FBG）sensor demodulation system based on arrayed waveguide grating （AWG）is designed，which includes light sources，isolator，coupler，optical loop device，F(xiàn)BG，AWG，photoelectric detector，the amplifying circuit，low pass filter circuit and the ARM control circuit. The temperature of FBG can be demodulated accurately with the technology of light intensity demodulation. The experimental results show that the measured demodulation error of the demodulation system is not more than±0.1℃，the demodulation range of FBG center wavelength is 1 545.30-1 560.50 nm. This multi-channel FBG sensor demodulation system can calculate 32 FBG temperature sensors in 4-channel simultaneously.

Key words：multi-channel；fiber Bragggrating（FBG）；arrayed waveguide grating（AWG）；ARM；demodulation system

通信作者：李鴻強(qiáng)（1975—），男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楣饫w光柵.E-mail：lihongqiang@tjpu.edu.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61177078，61307094，31271871）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目（20101201120001）

收稿日期：2015-07-14

DOI：10.3969/j.issn.1671-024x.2016.02.013

中圖分類(lèi)號(hào)：TN247；TN253

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671－024X（2016）02－0065－07