提高光纤光栅解调系统测量精度的方法研究

摘要

光纤布喇格光栅(FBG)是国际上新兴的一种在光纤通讯、光纤传感等光电子处理领域有着广泛应用前景的基础性光纤器件。当前FBG的制作与应用研究成为世界各国光纤技术研究的热点和重点。作为传感元件，光纤光栅将被感测信息转化为其反射波长的移动，即波长编码，因而不受光源功率波动和系统损耗的影响。另外，光纤光栅具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等特点，易于将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，实现分布式传感，这是其他传感元件所不及的。FBG传感器的关键就在于精确的检测Bragg反射波长的微小移动，即对波长编码信号进行解调。利用高精度的光谱分析仪可以达到这一目的，但由于其体积庞大，价格昂贵，很难用于实际应用中。开发出高精度、低成本的FBG解调器是将FBG传感器产业化的关键。目前国内不少部门和研究单位对其解调技术进行了很多研究，但是大多数处于实验室研究阶段，离实用化，工程化，产品化的标准还有相当距离。 本文对提高光纤光栅解调系统测量精度的方法进行了系统的研究，主要内容包括：三种分别基于不同的解调技术的高精度解调方案；两种典型的应用于光纤布喇格光栅传感解调计算机信息处理系统；一种新的能有效提高光纤光栅传感解调精度的拟合曲线算法。 首先对光纤光栅传感器的特点进行了总体概括，并回顾了光纤光栅传感器以及光纤光栅传感解调技术的发展历程。指出光纤光栅传感解调技术是光纤光栅应用于传感技术的关键。 而后，全文围绕“提高光纤光栅解调系统测量精度”展开研究。第2章分析介绍了三种分别基于干涉检测技术、滤波解调制技术和可调谐光源解调制技术的高精度解调系统，其波长分辨率均小于10pm，甚至达到1pm。 第3章进一步地详细阐述了两种应用于光纤光栅传感解调系统的计算机信息处理系统：基于DSP技术的计算机信息处理系统和基于嵌入式技术的计算机信息处理系统。 第4章再进一步研究有关传感数据的计算问题：提出了一种基于拉格朗日公式的拟合曲线算法。此算法利用一元二次近似的拉格朗日曲线公式为基础，并在公式中人为的引入反馈量用以对曲线进行微调，实现了拟合曲线的动态拟合，使得利用自制的解调器所测的波长值与进口先进仪器所测波长值的误差＜±7pm，最小误差可达到0.1pm。总之，在原有的硬件条件下，通过软件系统的改进提高了整个解调系统的性能。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

第2章 提高光纤光栅解调系统测量精度的方法研究

第3章 光纤光栅解调中的计算机信息处理系统

第4章 光纤布喇格光栅传感解调中拟合算法的研究

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在硕士期间发表的论文