论文部分内容阅读
本论文主要对光纤传感领域中光源技术进行研究,以光纤布拉格光栅(FiberBragg Grating, FBG)作为敏感部件的传感系统中,光源主要分两大类,宽带光源系统和利用可调谐激光器的窄带光源系统。宽带光源输出功率不足,传感信号信噪比低,解调精度不高;窄带光源则可以克服这个缺点,但对激光输出的稳定性和精度等方面存在着较高的要求。因此本文设计了一种高精密的可调谐数字化光源,这种高精密的调谐电压可实现精度为0.91pm的激光输出波长调谐,在这种高精密的电压调谐基础上,设计了一种基于电压扫描的温度漂移控制方法,这种算法可以精确的定位出温度的变化,与传统的原子吸收线定温法相比,虽然精度上略有降低,但在成本和实用性上有着突出的优势,同时这种方法也可以解决传感FBG的温度交叉敏感问题。首先,对于FBG传感中用到的光源系统进行了分析,综合各种光源系统的优缺点,搭建出一种可调谐的窄带宽数字化激光光源,这一系统的波长选择装置是可调谐光纤法布里-珀罗滤波器(Fiber Fabry-Perot Tunable Filter, FFP-TF),利用数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)和高精密电压模块控制FFP-TF的电压,输出经调制的激光信号。对于滤波器FFP-TF存在的温度漂移问题,设计了一种温度漂移控制方法。实现过程:高精密电压模块输出正弦扫描电压,通过DSP中锁相放大算法解调出FFP-TF和参考FBG的相对波长漂移,精确定位出温度的变化,从解决光源的温度漂移问题。其次,利用分辨率为百万分之一(ppm)的数模转换芯片AD5791设计了高精度电压控制板。输入输出部分采用外部缓冲放大器架构,以此缓冲来自3.4千欧电阻的基准电压,通过选择适当的滤波电路、高精度的参考电压源和后续高规格的印制电路板设计,实现了精度为0.228mV、积分非线性误差为12个最低有效位(Least Significant Bit, LSB)、微分非线性误差为的电压为2.5个LSB的高精密电压输出。用DSP的通用输入输出接口实现了数模转换芯片的驱动设计,输出三角波或正弦等调制信号,控制激光器的输出波长变化,可以实现输出激光的大范围快速扫描,后续的温度漂移控制方法程序也是利用DSP实现的。最后,对可调谐激光光源的输出稳定性及温度漂移现象做了系统的测量,实验中测量了滤波器FFP-TF的温度漂移曲线和参考FBG的温度漂移曲线。以此作为基础,在温度漂移控制实验中,通过记录温度变化产生的FFP-TF和FBG的相对波长漂移,利用漂移控制方法计算出温度变化,实现光源的定标和传感FBG的温度漂移控制。