基于可調諧法布里—珀羅濾波器的光纖光柵解調技術研究.pdf

1、光纖光柵（fiber Bragg grating，F(xiàn)BG）是近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一。光纖光柵作為傳感元件具有其它傳感器無可比擬的優(yōu)點。FBG傳感器結構緊湊，易于集成和埋覆測量，對傳感信息采用本征性波長編碼，免受電磁噪聲和光強波動的干擾，并且便于采用復用（波分、時分、空分）技術實現(xiàn)對多種傳感量（應力、溫度等）的準分布式多點測量，在民用、航空、船舶、電力和石油等領域的安全監(jiān)測方面有著廣泛的應用前景。目前，F(xiàn)BG傳感解調的方法和

2、裝置包括非平衡馬赫-曾德干涉儀法、邊緣濾波器法、匹配FBG濾波器法和可調諧法布里-珀羅（Fabry-Perot，F(xiàn)-P）濾波器法等。其中，可調諧F-P濾波器法通過微驅動器調諧腔長掃描傳感FBG，具有靈敏度高、調諧范圍大等優(yōu)點更適用于多點掃描。因此本文對可調諧F-P濾波器解調方法進行了較為深入的研究。 本文研究了端面光吸收損耗，有限多光束干涉及反射平板不平行對F-P濾波器光學性能的影響，提出了可調諧F-P濾波器的參數(shù)范圍和設計要求

3、。通過仿真實驗設計了基于磁場梯度力的微位移驅動器和基于電場力的微位移驅動器。分析了基于超磁致伸縮材料（giant magnetostrictive material，GMM）和基于壓電陶瓷（piezoelectric，PZT）微位移驅動技術的特點，確定了微位移驅動方案。設計了一種可調諧F-P濾波器結構，利用該結構能夠實現(xiàn)對FBG傳感器的解調功能。為了消除可調諧F-P濾波器腔長隨溫度漂移的影響，降低系統(tǒng)復雜性，通過有限元方法對可調諧F-P

4、濾波器結構的溫度穩(wěn)定性進行了研究。首先通過實驗測得可調諧F-P濾波器結構的溫度-腔長變化曲線，與有限元分析軟件仿真得到的溫度-腔長變化曲線對比確定了有限元模型和有限元計算方法的可行性，然后建立了基于復合結構（因瓦合金、碳鋼）的低溫度漂移有限元模型，應用低熱膨脹系數(shù)的因瓦合金補償了PZT模塊的熱膨脹差異。仿真研究表明，復合結構消除了溫度漂移現(xiàn)象。 為了準確測定解調系統(tǒng)輸出信號的峰值發(fā)生時間，需要濾除噪聲，恢復輸出信號，因此對信號重

5、建算法進行了研究。通過對系統(tǒng)輸出信號的頻譜分析，確定了噪聲的頻率范圍，設計了基于凱澤窗的數(shù)字低通濾波器。針對低通濾波后依然存在噪聲導致信號失真的問題，根據(jù)FBG的反射譜特性對信號進行了局部高斯擬合，保證了求取峰值時間的準確性。 分析了串聯(lián)型和并聯(lián)型的實時校正方案，選擇并完善了并聯(lián)型方案。最后設計了一種基于可調諧F-P濾波器的多點FBG解調系統(tǒng)，此系統(tǒng)根據(jù)48個參考點采用快速分段算法確定PZT驅動電壓-波長函數(shù)，使用此函數(shù)實時校正