光纤光栅波长信息高精度解调的关键技术

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光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。FBG传感器结构紧凑,易于集成和埋覆测量,对传感信息采用本征性波长编码,免受电磁噪声和光强波动的干扰,并且便于采用复用(波分、时分、空分)技术实现对多种传感量(应力、温度等)的准分布式多点测量,被广泛应用于电力、医药和化工等领域,是目前光纤传感领域的一个研究热点。FBG传感器实用的关键在于精确的检测布喇格反射波长的微小移动,即对波长编码进行解调。本文对提高基于可调谐法布里—珀罗(Fabry-Perot, F-P)滤波器的FBG解调系统精度的关键技术进行了研究,将现代信号处理技术与FBG传感技术相结合,对FBG解调系统的信号处理和实时校正方案进行了优化。主要内容如下:首先,本文介绍了FBG传感器的理论和发展概况,给出了本文采用的基于可调谐F-P滤波器的波长解调系统结构。其次为了准确测定解调系统输出信号的峰值发生时刻,需要滤除噪声,恢复输出信号,因此对信号重建算法进行了研究。本文通过对系统输出信号的频谱分析,确定了噪声的频率范围,设计了基于凯泽窗的数字低通滤波器。针对低通滤波后依然存在噪声导致信号失真的问题,根据FBG的反射谱特性对信号进行了局部高斯拟合,保证了求取峰值发生时刻的准确性。最后,分析了串联型和并联型的实时校正方案,选择并完善了并联型方案。并且基于该并联型实时校正方案设计了一种基于可调谐F-P滤波器的多点FBG解调系统,此系统根据48个参考点采用快速分段算法确定驱动电压—波长函数,使用此函数实时校正微驱动器件的非线性误差以及可调谐F-P滤波器的结构性误差,从而能够提高系统的测量精度。
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