表4 F-P标准具参数
精细度 插入损耗 自由光谱 热稳定性 工作波长范围 工作温度 尺寸 4.3.3
光电探测器模块
7 <3dB 100GHz±5% <±1.5GHz，<±3GHz 1525~1565nm 0~70℃ 30×12.7×10mm 一个完整的光纤传感系统包含光波产生与调制、传输、探测及解调等部分。其中光纤的探测是由光电探测器完成的。 4.3.3.1 光电探测器
光电探测器在该系统中用于将光信号转化为电信号，光电探测器分别位于传感光路和F-P标准具的后端，如图13所示。
ASEVOATTF-P90=B10%F-P EatlonPD光分路器Sensor 83dBPD
图13 光电探测器在解调系统中的位置
选择解调系统中的光电探测器主要考虑的光电探测器要求有以下几点： （1）工作波长范围应当与宽带光源波长范围一致； （2）具有足够高的灵敏度与较低的噪声； （3）工作电压低，便于搭建便携的系统；
（4）探测器模块内置放大电路，降低对低噪声前放的要求。
由于光源功率的限制，各个光学器件对光强的损耗，最终到达光电二极管的光强已经比
较微弱。可调谐F-P滤波器的输入功率为9mw，插入损耗为2.5dB左右，带宽为0.0375nm；光源带宽为38nm，假设光源均匀平坦；光耦合器为3dB，其中90%的光分给光纤光栅传感器，10%分给F-P标准具，光分路器为1×8，损耗为11dB，光纤光栅的反射率为80%。则光纤光栅传感器处输出功率为8×（0.0375/38）/1.78×0.5×0.9/8×0.1×0.8=22.5nw，F-P标准具处的输出功率为9×（0.0375/38）/1.78×0.5×0.1×0.5=997nw。
光电探测器选用中电44所研制的GT322D型InGaAs探测器。该产品具有噪声低、工作频率高、可靠性高等优点，适用于光纤通信、光纤传感、快速光脉冲检测等应用，其参数如表5、表6所示。
表5 GT322D光电探测器最大额定值
工作电压 15V 工作温度 -40~+70℃ 耗散功率 100mw 正向电流 10mA 贮存温度 -55~+70℃ 焊接温度（时间） 260℃(10s)
表6 GT322D光电探测器光电性能参数
特性参数 光敏面直径 光谱响应范围 响应时间 击穿电压 暗电流 总电容 -3dB带宽 响应度 线性饱和功率阈值 光回波损耗 光输入损耗 4.3.3.2 调理电路
因光纤末端输出的光信号通常是很微弱的，各种噪声的干扰直接影响有用信号的测量精度，这就要求光检测器在所用光源的发射波长范围内具有高的响应度、小的附加噪声、快的响应率有能处理需要的数据率的足够的带宽。另外，与探测器相连的前置放大电路也应当设
符号 ψ λ T VBR ID C 测试条件 —— —— —— IR=10μA VR=5V，Pin=0μW VR=5V，f=1MHz 参数指标 单位 60 900~1700 ≤1 ≥45 ≤1.0 ≤0.8 ≥1000 ≥0.85 ≥5 ≥30 ≤0.5 μm nm ns V nA pF MHz A/W mW dB dB BW VR=5V，fo=1MHz，RL=50Ω Re φs ORL IRL Pin=10μW，λ=1.55μm VR=5V，λ=1.55μm λ=1.55μm，ψe=100μW λ=1.55μm，ψe=100μW 计合理，以获得大的动态范围和高的信噪比。如图14，调理电路的示意图：
光电检测电路调零电路
图14 调理电路示意
放大滤波电路(1)光电检测电路
光电检测电路由光电转换器的技术文档给出，如图15所示。
图15 GT322D光电转换器应用电路
(2)调零电路
调零电路用来在检测动态信号时，由于光电检测电路有个较大的基值，当变化太小，相对变化太小了，不容易检测，如果放大倍数过大，会有放大器饱和、损坏数据采集卡等情况出现，对检测带来难度，所以需要设计调零电路。 (3)放大电路
放大电路分为前置放大和次级放大。前置放大为预放大探测器的输出信号，以获得较好的信号噪声比，进行阻抗变换，减少信号传输中的干扰。次级放大主要是考虑到前置放大倍数不宜于过大，信号经前置放大后幅值仍然比较小，不能很好的被数据采集卡采集处理，加上次级放大，可以较灵活的调整信号幅值，便于系统的灵活使用。 （4）滤波电路
滤波用来把有用信号中的噪声滤去，得到我们想要的比较干净的信号。微弱模拟信号在放大的过程中会受到干扰，使传送中的信号幅值或相位发生畸变，因此，有必要对微弱的模拟信号做滤波处理。 4.3.4
数据采集与控制模块
数据采集模块主要是采集光电转换的信号，并且进行模数转换。控制模块用于对可调谐F-P滤波器的控制。控制模块需要能产生频率为20Hz，幅值为18V的锯齿波波形。
4.3.4.1 数据采集
本方案中采用NI6361型号数据采集卡，该采集卡带有分辨率为16位的模拟输出和输入端口，可同时进行数据采集和对调谐F-P滤波器的控制。NI6361的参数如表7所示。
数据采集设备的模拟输出端口可定义成为一个任意波形发生器，其波形函数由软件定义；模拟输入端口可定义为一个示波器，其采样频率和带宽由数据采集设备的硬件性能决定，示波器界面在软件中显示。将数据采集设备的模拟输出端和模拟输入端连接起来，即可以实现一个波形发生器和一个示波器的功能。
在系统解调范围内35nm，可调谐F-P滤波器的分辨率约为35pm，则在锯齿波的每个扫描周期内采样的次数要大于1000次，若锯齿波的扫描频率为20Hz，且我们只使用扫描信号的上升沿来检测信号，可以计算采样周期应该满足：
T＜1351???5?s203500010???????????????（8）
及采样频率大于0.2MHz，该型号数据采集卡满足系统需求。
当需要同时检测8个传感通道和1个参考通道的光纤光栅，在扫描周期内（0.05s）的数据量为：
（8+1）×1000×10=0.09M???????????????（9）
即每秒要采0.09M×20=1.8M
表7 NI6361数采卡参数
模拟输入 通道数 ADC分辨率 最大值 1.00MS/s（多） 最小值 采样率 定时精度 定时分辨10ns 率 ±10V、±5V、±2V、±1V、±0.5V、稳定时间，全输入范围 ±0.2V、±0.1V、 量程变化 15ppm(1LSB):2us 输出范围 参考 50ppm/采样率 无 最大更新率 2个通道：2.00MS/s ±10V、±5V和±外部单调性 保证16位 1个通道：2.86MS/s 8个差分或16个单端 16位 2.00MS/s（单） 通道数 DAC分辨率 DNL 模拟输出 2 16位 ±1LSB 输入FIFO4095个采样 容量 4.3.4.2 控制模块
可调谐F-P滤波器通过压电陶瓷精确移动两个平面镜的间距，控制改变F-P腔的腔长，从而实现滤波器带通窗口的调谐，因此需要利用精密的连续电压才能实现对可调谐F-P滤波器的调谐控制。在本系统中，由上述数据采集设备的模拟输出端口以及相应的电路来实现对F-P腔的调谐。模拟输出电压的变化范围为 -10—+10V，可输出周期性电压信号，可调谐光滤波器的调谐电压是 0—18V。因此，需要在数采卡的后端设计相应电路，将输出的电压转化为0—18V的锯齿波电压。 4.3.5
其它光学器件
边沿斜率：20V/us 4.3.5.1 光分路器
光分路器用于将可调谐窄带光平均分成8路，以实现多通道解调的目的。光分路器可将光路均分为多份，与光开关相比，它可以使得系统同时解调多路通道的传感器，而不存在通道的切换时间，可以提高解调的速率。本方案中的光分路器选用北京康宁普天的1*8光分路器，参数如表8所示。
图16 1*8光分路器