基于DSP的高分辨率光纖布拉格光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)研究.pdf

1、光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)作為一種新型的傳感器件,憑借其諸多的優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用在石油化工、土木工程、航空航天以及醫(yī)療電子等領(lǐng)域。對(duì)于一個(gè)完整的光纖光柵傳感系統(tǒng)而言,不僅要包含對(duì)外界待測(cè)信息的傳感,還應(yīng)該包括對(duì)傳感信息的解調(diào)與識(shí)別。當(dāng)前的光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)普遍存在價(jià)格高、體積大、解調(diào)精度低等問(wèn)題。本文根據(jù)當(dāng)前光纖布拉格光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,以實(shí)現(xiàn)光纖布拉格光柵的高分辨率、高靈敏度、低成本以

2、及實(shí)用化為目的,提出了一種基于數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor, DSP)的高分辨率傳感解調(diào)系統(tǒng)。
　　本文首先設(shè)計(jì)了基于DSP的高分辨率光纖布拉格光柵傳感及解調(diào)系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成:高精度可調(diào)諧光源模塊、傳感模塊以及高精度DSP傳感解調(diào)模塊。高精度可調(diào)諧激光光源模塊基于光纖法布里-珀羅(Fiber Fabry-Perot, FFP)可調(diào)濾波器的光纖激光器。為實(shí)現(xiàn)傳感光源的高精度調(diào)諧性,設(shè)計(jì)

3、采用DSP和一塊20位精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的調(diào)制電壓來(lái)控制FFP,從而達(dá)到高精度的激光波長(zhǎng)調(diào)制目的。傳感模塊設(shè)計(jì)采用中心波長(zhǎng)1549.888 nm、3dB帶寬0.165 nm、反射率為98.34％的光纖布拉格光柵。在解調(diào)模塊,本文用波長(zhǎng)呈正弦調(diào)制的激光掃描FBG的透射譜,然后經(jīng)過(guò)光電探測(cè)將光信息轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào),再通過(guò)DSP系統(tǒng)的采樣、量化、編碼將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成包含有傳感信息的數(shù)字序列,經(jīng)過(guò)在DSP內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的鎖相放大處理

4、,即可以得到相應(yīng)的傳感信息。其次,為了驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的可行性,首先對(duì)解調(diào)算法進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。然后,采用型號(hào)為Agilent:HP8164A的可調(diào)諧激光器和型號(hào)為S830的鎖相放大器等儀器基于鎖相放大解調(diào)原理設(shè)計(jì)了兩個(gè)解調(diào)系統(tǒng),與本文所設(shè)計(jì)的解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在文章的最后,本文采用最小二乘法、相關(guān)算法等數(shù)學(xué)方法進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析處理,結(jié)果表明,通過(guò)數(shù)學(xué)方法可以有效的從本文得到的解調(diào)數(shù)據(jù)中獲取相應(yīng)傳感信息。研究表明,本文所設(shè)計(jì)的基