光纤光栅的解调技术.ppt

光纤光栅信号解调技术光纤光栅传感解调系统波长移动检测方案1.光谱仪和多波长计检测法光谱分析仪原理多波长计原理2.边缘滤波器检测法边缘滤波线性解调系统原理从光纤Bragg光栅返回的光均匀分为两束，一束直接送入探测器作为参考信号；另一束则通过滤波函数为式（1）的线性滤波器，再送入探测器，反射光是谱宽为的Gaussian分布，则接收到的光强分别为

式中Is——信号光强；
IR——参考光强；
R——光纤的反射率；
A——线性滤波器的比例系数。
由式可见，和直接测量值呈线性关系，由此可求出动态的值。
这种检测方法基于光强检测，适用于动态、静态测量，具有较好的线性输出，测量范围与探测器的分辨率成正比。该方案的优点在于采用了较好的补偿措施，能够有效地抑制光源输出功率的起伏、连接干扰和微弯干扰等不利因素，且系统反应迅速，成本较低，使用方便，在几个mε测量范围内，该系统具有几十个με的分辨率。光纤光栅激光器实现传感该传感器由一个980/1550nm的波分复用器和一段1.5m掺铒光纤和光纤光栅构成一只光纤激光器。掺铒光纤一端抛光渡银，制成全反射镜，与光纤光栅一起构成光纤激光器的选频谐振腔。由980nm的掺钛蓝宝石激光器作泵浦，光纤激光器的工作波长由光纤光栅确定。图右下方是掺铒光纤激光器的荧光谱图，激励功率达到阈值功率（约2.7mW）时，开始出现激光，增至4.9mW时，输出纯激光。轴向应力作用于光纤光栅，相应改变激光器的输出波长，同时激光器可以输出足够强的光功率。再将激光器的输出光送入线性比例探测器去解调，即可测量出光纤光栅的波长移动。这一方案提高了测量信噪比，可达到的应变测量分辨率为5.5με。3.可调谐滤波检测法可调谐波长的光纤Fabry-Perot滤波器检测单个传感光栅的跟踪模式（2）声光可调谐滤波器声-光可调谐滤波器检测传感光栅的原理4．匹配光栅检测法匹配光栅检测的优点是：消除了双折射所引起的随机噪声，即对光纤内光的偏振、相位等易变量都不敏感，而且对最终检测的反射光强也无绝对要求，所以各类强度噪声都不会对输出结果有影响。但该方案的不足之处则是：系统的光损耗较大；系统的检测灵敏度由PZT的位移灵敏度决定，和光纤光栅的高灵敏度不匹配；PZT的非线性会影响输出结果；PZT的响应速度有限，使这种方法只适合于测量静态或低频变化的物理量。
匹配光栅检测法对多个参考光栅进行波长扫描可构成波分复用光纤传感网。传感光栅的Bragg波长移位由闭合控制系统自动跟踪，可检测的最小应变为4.12。当光栅带宽窄到0.05nm时，应变的最小分辨率改进为~1；但是，如前所述，光栅的带宽变窄，反射回来的信号也会减弱。5．波长可调谐光源解调法如上图所示为一种高精度的连续可调谐掺饵光纤激光器检测位于1550nm波段的传感光栅。该检测系统受限于激光器~2.3nm的波长调谐范围，可检测的最大温度为180；检测精度受限于PZT的精度，即2.3pm或~0.18。该方案最大的优点在于使用光纤激光器可以获得比宽带光源高得多的信噪比（SNR），并且获得了2.3pm的高分辨率；不足之处在于高精度的PZT调谐器价格通常昂贵，其调谐范围有限。并且，检测速度受PZT响应时间和控制回路的限制。

PZT、AOTF窄带可调谐光输入多只光纤光栅，并周期性地扫描变化其输出波长以扫描各光纤光栅的反射谱，由每次扫描反射光在相关波长域内最强时的扫描电压可知相应的波长值，从而实现WDM传感网络。6．CCD分光仪检测法接收到的波长被转换为沿探测单元阵列的位置信息，其波长分辨率由像素宽度描述的探测器表面的光栅线性色散所决定，单位为nm/pixel。采用该技术可获得小于1με的应变分辨率，并且，CCD分光仪提供了一种检测传感光栅的空分和波分混合的复用技术，其中，由同一根光纤连接的传感光栅反射的Bragg波长沿CCD的纵向分布，提供了波分复用技术；而不同光纤反射的光波经光纤阵列入射到曲线光栅反射后沿CCD的横向分布。
CCD分光法的优点是响应时间快，抗干扰能力强。不足之处是，对波长的分辨率的影响因素较多，诸如准直透镜的成像质量、焦距、衍射光栅的光谱分辨率、CCD的空间分辨率等。此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！
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