基于可调谐激光器的光纤布拉格光栅传感技术研究

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实时测量应力、应变,在工程应用中是非常重要的。光纤布拉格光栅(FBG)作为应力传感器具有高灵敏度、抗电磁干扰、寿命长等特点,借助于光通信的高可靠性器件,能够大大的降低传感成本。FBG传感器通过复用的方法,可以形成传感网络,从而大大降低传感器布线的难度。本文首先研究了基于可调谐激光器的FBG传感测量与复用方式,实现了啁啾信号作为调制信号,利用其时间相关特性实现FBG传感器的时分复用。通过设置啁啾函数的初始与最终频率,从而实现FBG间隔为10ns的时分复用。该方案能够降低解调设备对于高速ADC的要求,能够大大降低解调仪的成本,并提高了FBG的复用个数。为了进一步提高传感性能,本文研究了一种基于波长可精密调谐的分布式布拉格反射(DBR)激光器。DBR激光器应用于FBG传感,具有信噪比高、能量利用率高、波长定位精度高等优点。但是普通DBR激光器在波长的光谱调谐范围比较窄,不能适用于FBG传感的需求。而其他类型激光器虽然范围较大,但定位精度低,也不能满足传感需求。本文研究了用于光纤通信系统的DS-DBR激光器,该激光器仅能在光通信标准要求的波长之间调谐,不符合FBG传感需求。根据其调谐原理,提出了波长连续可调调谐的方案DS-DBR激光器,通过对激光器驱动器的重新设计,实现了0.1pm精度连续可调的激光输出,50nm光谱范围调谐速度可达1MHz。基于数字信号处理器(DSP)技术和高速可调谐激光器,本文实现了FBG传感在应力测量中的演示,并对传感系统进行了实验测试。本文首先测试了单FBG传感系统的直接扫描实验,获得了较高的传感精度,实验中,精度可达0.1pm。然后采用啁啾时分复用系统,分别测试了其静态稳定性和连续测量中的传感性能。测量精度有所降低,为4pm。本文分析为不同位置FBG信号间的串扰噪声引起了测量精度的降低。
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