用于光纖柵傳感濾波解調(diào)的信號處理技術(shù).pdf

1、波長編碼的光纖光柵傳感器具有體積小、靈敏度高、動態(tài)范圍寬、不受電磁干擾、可靠性高和可埋入智能結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于航空航天、船舶工業(yè)、土木工程、石化工業(yè)、核工業(yè)及醫(yī)學(xué)工程等各種領(lǐng)域。光纖光柵傳感器主要是通過觀測布喇格波長漂移來判斷待測量的變化，因此，需要精確檢測布喇格反射波長的微小移動。本文在分析比較不同解調(diào)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，根據(jù)實際應(yīng)用需求，選用基于光纖可調(diào)F-P濾波器技術(shù)的解調(diào)方案。根據(jù)系統(tǒng)原理及解調(diào)信號特點(diǎn)，對傳感信號進(jìn)行采集、

2、分析和處理。本文的主要工作包括以下幾方面：
　　1.綜合分析光纖布喇格光柵的傳感特點(diǎn)及應(yīng)用情況，并比較分析了不同光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)實際需要，確定解調(diào)系統(tǒng)采用可調(diào)F-P濾波器對傳感信號進(jìn)行解調(diào)。系統(tǒng)采用中心波長在1550nm窗口的SLED光源，使用鋸齒波信號驅(qū)動F-P濾波器，使波長掃描范圍為1525nm～1575nm，整個系統(tǒng)的測量帶寬為50nm，具有很寬的動態(tài)測量范圍，可以解調(diào)近10個傳感光柵陣列。
　

3、　2.根據(jù)系統(tǒng)解調(diào)信號特點(diǎn)--透過波長是關(guān)于時間的函數(shù)，且未加應(yīng)變時，周期內(nèi)光柵陣列各布喇格波長的相對位置固定，制定將F-P濾波器與A/D轉(zhuǎn)換同步的數(shù)據(jù)采集方案。通過檢測與驅(qū)動信號同頻同相的方波信號的邊沿來控制A/D轉(zhuǎn)換的開始時刻，實現(xiàn)每個周期初始采集位置固定。
　　3.針對解調(diào)信號，利用閾值設(shè)置及寬度限定，對解調(diào)信號進(jìn)行光柵定位及其反射譜讀取。為更精確確定解調(diào)光纖光柵布喇格波長，分別對每個光柵的光譜應(yīng)用尋峰方法檢測布喇格波長。文

4、中分別對直接比較法、一般多項式、二次插值數(shù)值微分法、高斯.多項式擬合算法、三次樣條插值法及高斯公式擬合算法6種尋峰方式進(jìn)行了比較，得到尋峰誤差分別為：916.00 pm、48.00 pm、27.00 pm、17.00 pm、3.93 pm、2.84 pm，因此系統(tǒng)中選用的尋峰方法為高斯擬合法。并將Matlab軟件編輯的尋峰程序與LabVIEW軟件進(jìn)行無縫連接，實現(xiàn)系統(tǒng)軟件可靠工作。此外，還提出了非均勻采樣方式的思路，根據(jù)實際光譜，仿真比

5、較了均勻采樣方式與非均勻采樣方式下高斯擬合尋得布喇格波長的誤差，結(jié)果表明，同樣的數(shù)據(jù)采集量時，采用非均勻采樣方式所獲得的尋峰精度比均勻采樣時提高38％，為光纖光柵傳感在實時監(jiān)測中的應(yīng)用提供技術(shù)支持。
　　4.測試了系統(tǒng)的光源強(qiáng)度、探測器性能、參考光柵對光柵布喇格波長定位的影響，得到系統(tǒng)的配置。光源驅(qū)動電流為70 mA，系統(tǒng)有良好的信噪比及波形幅值，使用New Focus Model2001探測器做了對比試驗，尋峰誤差均小于4.5p