一种高分辨率的光纤光栅传感解调技术.pdf

第 20 卷　第 11 期 光　 学 　学 　报 V o l20, N o 11 2000 年 11 月 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 A CTA O PT ICA S IN ICA N ovem ber, 2000 一种高分辨率的光纤光栅传感解调技术 1) 1) 1) 1) 1) 2) 关柏鸥 　余有龙 　葛春风 　刘志国 　董孝义 　谭华耀 ) 1 , 南开大学现代光学研究所, 天津 300071 2) , 香港理工大学电机工程系, 香港 摘　要　报道了一种基于光纤激光器波长扫描寻址的高分辨率的光纤光栅传感解调方案。光纤激 光器的扫描寻址过程由微机来控制。微机控制光纤激光器波长扫描的同时, 同步采集、处理传感 信号, 并通过曲线拟合给出传感光栅的中心反射波长值。本解调方案的波长移动分辨率为 0. 1 pm , 可实现高分辨率的温度及应变测量。 关键词　光纤光栅, 　传感器, 　解调。 1　引　　言 近年来, 光纤光栅在传感领域的应用越来越引起人们的重视。同其它类型的传感器件相 比, 光纤传感器具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀、能在复杂的化学环境下工作等特点。此 外, 其波长编码特性及其可复用性更是其它类型传感器所无法比拟的。如何对光纤光栅的波 长编码信号进行解调, 是实现光纤光栅传感的关键。迄今为止, 人们已提出了一些解调方案, [ 1, 2 ] [ 3 ] 例如非平衡马赫曾德尔干涉仪检测 、可调光纤法布里珀罗滤波检测 、匹配光纤布拉格 [ 4, 5 ] [ 6 ] 光栅可调滤波检测 等。我们曾提出过匹配光栅调谐光纤激光器波长扫描寻址解调方案 。 采用光纤光栅作为光纤激光器的波长调谐元件, 微机控制光纤激光器进行步进扫描, 并同步 采集光电探测器的输出信号, 根据对应于光电探测器最大输出的调谐步数来确定传感光栅的 中心反射波长值。由于光纤激光器的扫描步长较大, 此种方法所获得的波长位移分辨率不够 高。为了提高波长位移分辨率, 我们对其作了改进。微机控制光纤激光器完成一次扫描过程 后, 用高斯牛顿法对光电探测器输出电压与激光波长之间的关系数据进行曲线拟合, 通过拟 合来确定传感光栅的中心反射波长值。这样, 便大大提高了解调分辨率。用此方案可实现高 分辨率的温度及应变测量。 2　实验装置与原理 2. 1　实验装置 实验装置如图 1 所示, 整个光纤光栅传感解调系统由波长扫描光纤激光器、传感光栅、 光电探测器及微机数据采集、处理系统等几部分组成。波长扫描光纤激光器是自行研制的。 ( ) 　　 国家自然科学基金快速反应项目 、国家攀登计划预研项目。 　　　 收稿日期: 收到修改稿日期: © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 　　　　　　　　　　　　　　　光　　　学　　　学　　　报　　　　　　　　　　　　　　　20