基于匹配光纤光栅法布里珀罗干涉仪的应变解调方法.pdf

第 卷第 期 光 子 学 报 Vol. No. 年 月 ACTA PHOTONICA SINICA 基于匹配光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的应变解 调方法 黄钊，赵建林，姜碧强，秦川 （西北工业大学理学院，陕西省光信息技术重点实验室，教育部空间应用物理与化学重点实验室，西安 710072 ） 摘 要：提出并实验验证了一种基于匹配光纤光栅法布里-珀罗干涉仪（FBG-FPI ）的应变传感器解 调方法，该方法综合了光纤法布里-珀罗干涉技术和匹配光纤光栅滤波法的优点。通过半导体制冷片 和压电陶瓷组成的闭环负反馈控制系统，精确调节匹配FBG-FPI的温度和应变，有效解决了FBG-FPI 的失配问题，从而保证系统静态工作点处于最佳匹配位置，同时能够避免探头因环境温度波动导致 的测量误差。实验结果表明，该系统能够响应50Hz ～800Hz的输入信号，应变最小分辨力至少为 0.4nε/Hz1/2 ，解调灵敏度高，且不受环境温度波动的影响，因而在动态应变或振动测量中具有较高 的实用性。 关 键 词 ：光纤光栅法布里-珀罗干涉仪；半导体制冷片；压电陶瓷；匹配滤波 中图分类号：TP212 文献标识码：A 0 引言 复杂，成本高，难以应用于工程实际中。 本文提出一种基于FBG-FPI 匹配滤波的动态应 基于干涉原理的光纤传感器已广泛应用于高灵 变 解 调 方 法 。 该 方 法 综 合 了 光 纤 法 布 里 - 珀 罗 敏度的应变测量中。其中长基线干涉型光纤应变传感 （Fabry-Perot, F-P ）干涉技术和匹配FBG滤波法[14] 器具有高灵敏度的特点，但这种传感器结构复杂、体 积庞大，常常需要数公里长的光纤[1]。目前，以光纤 的优点，借助半导体制冷片与压电陶瓷（Piezoelectric Ceramic, PZT ）组成的负反馈调制系统，以解决 布喇格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG ）为敏感元件 FBG-FPI的失配问题，从而构成一种响应速度快、灵 的传感技术引起了人们极大的兴趣，并得到了广泛的 应用[2-3] ，但是其灵敏度在一定程度上受到波长解调 敏度高、测量频率范围较宽且性能稳定的FBG-FPI应 变解调系统。首先，通过半导体制冷片控制匹配 设备的限制。为此，研究者提出了采用两个参量相同 FBG-FPI 的温度，使其与传感FBG-FPI 的输出波长基 的FBG 构成的光纤光栅法布里- 珀罗干涉仪（Fiber 本匹配；其次，通过调节驱动匹配FBG-FPI 的PZT 的 Bragg grating Fabry-Perot interferometer, FBG-FPI ）作 为传感元件[4-12] ，其既具有FBG 的结构小巧、抗电磁 长度，来使得两者精确匹配，以获得最佳工作点。该 方法具有系统结构简单、成本低、对光源的要求低等 干扰、易实现远距离分布式测量等优点，又较FBG具 优点，并且也适用于匹配FBG滤波法的信号解调过 有更高的灵敏度。目前，FBG-FPI传感器的信号解调