基于闪耀光纤光栅透射特性的分布式光纤布拉格光栅传感器解调方法.docx

基于闪耀光纤光栅透射特性的分布式光纤布拉格光栅传感器解调方法
摘要
分布式光纤布拉格光栅传感技术以其高灵敏度、长测量距离、实时监测等特点，在工业生产、航空航天、民用建筑等领域得到了广泛应用。然而，当前的传感器解调方法存在复杂性高、计算量大等问题。本文提出了基于闪耀光纤光栅透射特性的分布式光纤布拉格光栅传感器解调方法，在保持高精度和可靠性的情况下，有效减少了计算量和复杂性。通过实验验证，该方法可实现在采样频率较低的情况下达到高精度的位移测量。
关键词：分布式光纤布拉格光栅传感器、解调方法、闪耀光纤光栅、透射特性、位移测量
Abstract
DistributedfiberopticBragggratingsensingtechnologyhasbeenwidelyusedinindustrialproduction,aerospace,civilengineeringandotherfieldsduetoitshighsensitivity,longdetectiondistance,real-timemonitoringandotherfeatures.However,thecurrentsensordemodulationmethodssufferfromhighcomplexityandlargecomputationrequirements.Inthispaper,weproposeademodulationmethodfordistributedfiberopticBragggratingsensorsbasedonthetransmissioncharacteristicsofsparklyfiberopticgratings.Thisapproacheffectivelyreducesthecomputationrequirementsandcomplexitywhilemaintaininghighprecisionandreliability.Experimentalresultsdemonstratethatthismethodenableshigh-precisiondisplacementmeasurementatlowersamplingrates.
Keywords:distributedfiberopticBragggratingsensor,demodulationmethod,sparklyfiberopticgrating,transmissioncharacteristics,displacementmeasurement
一、引言
目前，工业生产、航空航天、民用建筑等领域中的测量与监测需要高灵敏度、长测量距离和实时监测的传感器。分布式光纤布拉格光栅传感技术具备这些特点，因此被广泛地应用于上述领域。其基本原理是对光纤增加光纤布拉格光栅，在光纤中产生散射，利用光子晶体波导的特性实现波长选择性衍射，从而实现对光纤中位移、温度和应力等多种物理参量的测量[1]。
然而，当前分布式光纤布拉格光栅传感器中的解调方法仍然存在一些问题，如复杂性高、计算量大等。为了解决这些问题，我们提出了一种基于闪耀光纤光栅透射特性的分布式光纤布拉格光栅传感器解调方法。这种方法可以在保持高精度和可靠性的情况下，有效减少计算量和复杂性。
文章主要内容如下：第二部分介绍了分布式光纤布拉格光栅传感器的基本构造和原理；第三部分详细介绍了基于闪耀光纤光栅透射特性的传感器解调方法；第四部分介绍了实验过程和结果分析；第五部分对该方法的优缺点进行总结，并对未来的研究进行了展望。
二、分布式光纤布拉格光栅传感器
2.1基本构造
分布式光纤布拉格光栅传感器是由一根光纤和绝大部分长度上分布着一定间距的光纤布拉格光栅组成的[2]。光纤布拉格光栅可以根据应变和温度等因素的影响而发生波长漂移。光纤增加光纤布拉格光栅后，光信号在布拉格光栅上发生衍射，从而导致反射光波长漂移，表现为反射光强度的变化。利用这种原理，可以实现对光纤中若干位置上高灵敏度的位移、温度和应变等物理参量的测量。
2.2基本原理
分布式光纤布拉格光栅传感器的基本原理是利用布拉格光栅的衍射特性，通过光纤的全光谱分析，实现对光纤中各个位置的位移、应变和温度等参量的测量。在传感器中的单个单元内，光纤的部分长度（约20mm）布拉格光栅经过光紫外层制备。基本构造如图1所示。
图1分布式光纤布拉格光栅传感器的基本构造
在一段光纤上，若每隔Δz处增加一个光纤布拉格光栅，则该长度内将产生一系列回波。这些回波在一定的波长范围内，能够被光纤的其他波长所抑制。因此，当接收机扫描波长时，对于每个灵敏元件，衍射光谱中波长分布的峰值表示该位置处的应变或温度发生变化[3]。
由于光纤布拉格光栅的灵敏范围约为10nm，