【摘 要】
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光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）传感器由于其体积小、质量轻、灵敏度高、便于复用、抗电磁干扰能力强等优势,近年来被广泛应用于各个领域。其中基于F-P可调谐滤波器的光纤光栅传感解调方法是光纤传感解调领域的关键技术,但是F-P滤波器由于压电陶瓷特性导致扫描波长非线性,影响到解调结果的稳定性。本文基于F-P可调谐滤波器的FBG解调方案,从硬件方面提出了基于长光程差迈克尔逊光
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光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）传感器由于其体积小、质量轻、灵敏度高、便于复用、抗电磁干扰能力强等优势,近年来被广泛应用于各个领域。其中基于F-P可调谐滤波器的光纤光栅传感解调方法是光纤传感解调领域的关键技术,但是F-P滤波器由于压电陶瓷特性导致扫描波长非线性,影响到解调结果的稳定性。本文基于F-P可调谐滤波器的FBG解调方案,从硬件方面提出了基于长光程差迈克尔逊光纤干涉仪的光纤光栅传感解调系统,从软件解调算法方面提出了基于BP神经网络的光纤光栅解调算法,进行了解调验证。具体完成的工作如下:1.提出了基于长光程差迈克尔逊干涉仪的光纤光栅传感解调系统和非线性扫描下的解调算法,搭建了扫描光源模块,设计了迈克尔逊干涉仪。和传统宽带光源相比,本扫描光源具有线宽窄、相干长度长的特点。迈克尔逊干涉仪光程差为73.4 mm,在100 GHz的F-P标准具相邻的透射峰之间,可以插入多达48个可用于波长参考的干涉条纹极值点。2.通过在稳定温度和非稳定温度环境下的实验研究验证了长光程差迈克尔逊干涉仪对可调谐滤波器扫描非线性的抑制效果。实验证明,在6℃/min的平均变温速率下,基于标准具的解调波动幅度为±20.39 pm,标准差为7.08 pm,而基于干涉仪解调的波长波动幅度为±6.89 pm,将标准具解调结果抑制到33.79%,标准差为3.11 pm,降低到标准具的43.92%。实验结果验证了该干涉仪能够在非稳定温度环境下有效抑制滤波器扫描非线性,提升传感解调系统的稳定性。3.研究了神经网络的基本结构与算法原理,提出了基于BP神经网络的光纤光栅传感解调算法,并应用于基于标准具的光纤光栅传感解调系统。以F-P滤波器的扫描波长采样点为输入,参考波长为输出作为训练集,搭建了对FBG布拉格波长进行解调的四层BP神经网络。实验表明该算法在温度稳定下的解调精度为±1.65 pm,标准差为0.62 pm,将线性插值和三次样条插值法的解调波动降低到71.7%和76.7%,验证了BP神经网络可以在FBG解调中有效提高解调精度。通过以上工作,从硬件系统与解调算法两方面,在稳定温度和非稳定温度环境中,有效地抑制了由于滤波器扫描非线性造成的解调误差。
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