基于可调谐F—P滤波器的光纤光栅波长解调算法研究
用F_P滤波器实现多通道分布式光纤光栅传感系统并行解调
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用 Ｆ － Ｐ 滤波器实现多通道分布式 光纤光栅传感系统并行解调
王立新 柏俊杰 （武汉理工大学光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室 摘要 利用可调光纤 Ｆ－ Ｐ 滤波器设计了两种多通道 武汉 !"##$#） 电信号。 为了实现光纤传感技术的实用化与产业化， 人们 已提出了很多种解调方法， 主要有三大类， 即滤波法、 干涉法和可调光源扫描法等。其中属于滤波法这一类 的可调光纤 &9: 滤波解调法是目前最常用， 最有发展 前景， 实用性和稳定性都较好的解调方法之一。 下面利用可 调光纤 & 9: 滤 波 器 来 实 现 单 通 道 &’( 传感系统解调， 解调原理如图 ! 所示。宽带光源 （;<=>";?4,- <=>）发出的光通过一根光纤经 8@’ 的 耦合器进入多个不同反射波长的传感光栅 &’(， 满足 布喇格条件的光被反射后， 再经 8@’ 的耦合器进入可 调光纤 &9: 滤波器%常用的有美国 ABCDEF 公司产的 &*+,- &.+-G9:,-H0 I?1.+J, &*J0,-K 和武汉理工大学光纤 中心自己研发的波长选择器2， 通过在 &9: 腔的压电体 （:LI） 上施加锯齿波扫描电压 （设计模拟电路提供或 通过软件生成驱动电压数字量， 再经高精度的 >MN 转 换提供） 调节其腔间隔， 当 &9: 的透射波峰与 &’( 的 &9: 滤波器的透射光强最大， 反射波峰重合时， 不同的 扫描电压对应的透射光中心波长不同， 这样就使多个 &’( 在同一时刻反射回来的不同中心波长的光脉冲 信号在同一扫描周期的不同时刻通过 &": 腔， 再经过 光电转换、 放大、 滤波等电路 （有时还把电脉冲整形） ， 把光脉冲转化为时序电脉冲信号， 单片机或 >;: 或数 据采集卡采集数据后送入计算机进行信号处理， 最终 解调出被测信号。 由于光源 ;<=> 的谱宽一般为 O6##615 ， 传感布 喇格光栅的谱宽通常为 676P #67Q15，检测外界信号 时， 布喇格光栅中心波长要漂移 $#!153所以为了使不 分布式光纤光栅传感系统的解调方案， 其中四通道分 布式并行解调方案可高精度并行解调上百个外界被 测信号， 该方案已被武汉理工大学广泛应用于大型多 点监测工程中。 关键词 光纤光栅 可调光纤 Ｆ－ Ｐ 滤波器 多通道 分布式 并行解调 中图分类号 ＴＰ２１２．１４!!!文献标识码 Ａ
基于F-P滤波器的光纤光栅传感解调技术的研究
南京邮电大学硕士学位论文基于F-P滤波器的光纤光栅传感解调技术的研究姓名：王杰申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：黄勇林2011-03-09摘要光纤光栅（fiber grating）作为最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一，在传感方面的应用研究引起了人们普遍的关注。
作为传感器件，光纤光栅把被测参量的信号转化为其反射波长的偏移，既波长编码，因此可以不受光源的功率波动和系统损耗的影响。
而如何对波长编码信号进行高精度的解调，是光纤光栅大规模推广和应用于实际的关键技术。
本文主要对光纤Bragg光栅（FBG）传感系统进行研究，重点讨论了基于F-P滤波器的解调方案，在其基础上提出了基于F-P滤波器的自相关解调法，并在其基础上进行了改进。
首先，分析了光纤传感器和光纤光栅传感器的技术特点，研究了光纤光栅传感器的现状以及其发展趋势，从光纤光栅和光纤光栅传感器的基本理论入手，建立了光纤光栅在温度和应力的影响下的传感模型。
分析了可调谐F-P滤波器的基本原理以及主要参数，并通过数值仿真，得到不同参数对可调谐F-P滤波器的影响，从而为可调谐F-P滤波器的选择提供了理论依据。
其次，分析并比较了光纤Bragg光栅传感网络的几种复用技术与常见的解调方案后，提出了可调谐F-P滤波器法。
研究了可调谐F-P滤波器法的基本原理，通过理论的分析以及相应的数值仿真，得到了探测器接收光功率与可调谐滤波器带宽之间的关系以及探测器的测量灵敏度曲线。
在基本原理的基础上，重点研究了基于可调谐F-P滤波器传感阵列，研究表明，当相邻光栅工作波长的间隔小于0.4nm时，会对解调系统的输出产生严重的影响，使得解调工作无法完成。
该研究对解调系统中光栅的选取有着一定的指导意义。
最后，针对可调谐F-P滤波器解调的不足，提出了基于F-P滤波器的自相关解调法，分析了其解调性能，并在其基础上进行了算法的进一步的改进，最后通过Matlab进行了数值仿真，验证了该方案不仅能够消除系统中相邻Bragg光栅波长选取对系统输出的消极影响，还能在很大程度上减小自相关解调带来的时延。
F-P滤波器解调FBG传感器的数据处理方法研究
摘
要 ： 用可调谐 ＦＰ滤波器解调 Ｆ Ｇ传感 器的方案具有测量 系统体 积小、 使 － Ｂ 波长分辨力 高等优点， 目前技 术较为成 是
熟、 实用性较好 的解调方案。 了进 一步提高解调准确度和精确度 ， 为 滤波器透射峰值 的计算方法和滤 波器特征 曲线的数 学模型
被不 断改进。本文对这 些处理方法进行 了介绍和分析。 关键 词 ： 可调谐 ＦＰ滤波器： ． 寻峰算 法： 征曲线拟合 特 中图分类号 ： Ｐ １ Ｔ ２２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ １ ７２（０ ０７００ ．４ １７ － ９ ． １）—０ ６０ ４ ２
ｐ ａ ｔ ｏｄ ｒ ｎｔｏ ｕｃ ｄ ｉ ｈ ｓｐａ ｒ ｏｓ ｌｍｅ ｈ ｓａ ｅｉ ｒ ｄ ｅ ｎ ｔｉ ｐｅ ．
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｕ ａ ｌ Ｐ Ｆ ｌ ｒ ｅ ｋ ｓ ｅ ｉ ｇＡｌｏ ｉ ｍ ； ａ ａ ｔｒｓｉ Ｃｕ ｖ ｉ ｉ ｇ ｙ ｒ Ｓ Ｔ ｎ ｂｅ Ｆ． ｉ ｅ ；Ｐ ａ ．ｅ ｋｎ ｇ ｒ ｈ Ｃｈ ｒ ｃ ｅｉｔ ｒ ｅＦ ￣ ｎ ｔ ｔ ｃ
一
邹 芳
Ｚｏ Ｆａ ｕ ｎｇ
（ 民族师范学院物理 系，河北 承德 ０ ７０ ） 河北 ６ ０ ０
（ ｅａｔ ｎ ｆＰ ｙｉ ， ｂ ｉ ｒ ｌ ｏｌ ｅ ｆ ｔ ｎｌｉｓＨｅ ｅＣ ｅ ｇ ｅ ６ ０ ０ Ｄ ｐｒ ｍｅｔ ｈ ｓ ｓＨｅｅＮｏｍａ Ｃ ｌｇ Ｎａｏ ａｉｅ， ｂｉ ｈｎ ｄ ７ ０） ｏ ｃ ｅ ｏ ｉ ｔ ０
基于光纤F-P滤波器的FBG传感解调系统
基于可调F_P滤波器的光纤光栅传感器阵列查询技术
3香港研究资助局(R GC )资助项目(Po lyu 5123 97E )。
33黑龙江大学理学院物理系,哈尔滨150080。
收稿日期∶1999206208;收到修改稿日期∶1999207219第27卷 第12期中 国 激 光V o l.A 27,N o .12 2000年12月CH I N ESE JOU RNAL O F LA SER S D ece m ber ,2000基于可调F 2P 滤波器的光纤光栅传感器阵列查询技术3余有龙33 谭华耀 锺永康(香港理工大学电机工程系)提要 利用可调F 2P 滤波器对四个光纤光栅组成的传感器阵列进行波长扫描,借助示波器和探测器对滤波光束的时序分布进行观察,实现地址查询。
比较波长漂移前后传感阵列的反射谱,可用于解调,实验结果与预期值基本一致。
选用反射率相差悬殊的光栅作传感元,有利于增加测量范围。
关键词 光纤光栅,传感器阵列,查询技术1 引 言 对普通光纤传感器的研究已经有二十多年的历史了,该技术由于信噪比有限且不易进行节点式传感而未完全实用。
光纤光栅(FBG )传感器不仅可以克服上述缺点,而且由于采用波长编码,传感结果不受光源功率以及光路中连接损耗的影响;不同传感元间通过复用可进行网络化操作,因此该类传感器将更具实用性。
FBG 传感元的信号经波长解码后可以确定被监测物理量的变化情形;而对FBG 传感器阵列来说,需要解决的不仅只有解调技术,还必须结合适当的查询方法,以便确定是哪个传感元附近被测量发生了多大程度的变化。
光纤光谱仪是实验室中常见的用来检测FBG 传感器传感信号的仪器,然而该设备过于昂贵,使得FBG 传感系统难以让人接受,所以发展成本低、结构简单的查询、解调技术将是FBG 传感系统走向实用化的关键。
目前已报道的查询方法很多[1～6],其中Kersey [1]和D avis [6]提出的基于可调F 2P 滤波器的查询技术可算得上FBG 传感技术的突破,他们对各传感元的波长地址通过F 2P 的驱动电压进行定标。
《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》范文
《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言随着现代科技的快速发展，光纤传感技术已经成为许多领域中的关键技术之一。
其中，光纤光栅（FBG）传感技术以其高灵敏度、高精度和长期稳定性等优势在许多应用领域得到了广泛应用。
FBG传感解调技术是FBG传感技术的重要组成部分，它直接影响着传感器的测量精度和响应速度。
可调谐F-P（法布里-珀罗）滤波原理为FBG传感解调技术提供了新的思路和方法。
本文旨在研究基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，以提高FBG传感器的性能。
二、可调谐F-P滤波原理可调谐F-P滤波器是一种利用多光束干涉原理制成的光学器件，通过改变内部空气腔的长度来改变透射光波长，实现滤波功能。
其基本原理是利用两反射面之间的多光束干涉，使得特定波长的光能够通过滤波器，而其他波长的光则被反射或吸收。
可调谐F-P滤波器具有高分辨率、高消光比和快速调谐等优点，因此在光纤通信、光谱分析和光学测量等领域得到了广泛应用。
三、FBG传感解调技术FBG（光纤光栅）是一种利用光纤中的光栅效应制成的传感器，它可以实现对温度、应力、振动等物理量的测量。
FBG传感解调技术是利用光栅的波长编码特性，将物理量的变化转换为光信号的波长变化，再通过解调器将光信号转换为电信号，从而实现物理量的测量。
FBG传感解调技术的关键在于如何准确、快速地获取光栅的波长变化信息。
四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，是将可调谐F-P滤波器与FBG传感器相结合，通过调整F-P滤波器的透射波长，使得F-P滤波器的透射光谱与FBG的反射光谱相匹配，从而实现对FBG波长变化的测量。
该技术具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强等优点，能够有效提高FBG传感器的性能。
五、实验研究本文通过实验研究了基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术。
实验中，我们首先制作了FBG传感器和可调谐F-P滤波器，然后将其相结合进行实验测试。
《2024年基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》范文
《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，光纤传感技术因其高灵敏度、抗电磁干扰等优点，在众多领域得到了广泛的应用。
其中，光纤布拉格光栅（FBG）传感技术因其独特的光学特性，在结构健康监测、航空航天、医疗等领域中扮演着重要的角色。
本文将针对基于可调谐F-P（Fabry-Perot）滤波原理的FBG传感解调技术进行研究，探讨其原理、应用及发展前景。
二、可调谐F-P滤波原理可调谐F-P滤波器是一种基于光学干涉原理的器件，其工作原理是通过改变腔长或介质折射率来调整透过光的波长。
当F-P滤波器与FBG传感器的反射光谱进行相互干涉时，通过对光谱的分析和检测，可以实现FBG的传感解调。
三、FBG传感原理FBG是光纤布拉格光栅的简称，是一种利用光纤材料的光学特性制成的传感器。
当外界物理量（如温度、压力等）发生变化时，FBG的反射光谱会发生相应的变化。
通过检测这种变化，可以实现对物理量的测量和监测。
四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，是通过将可调谐F-P滤波器与FBG传感器相结合，实现对FBG反射光谱的精确测量和解析。
该技术具有高灵敏度、高分辨率、高稳定性等优点，在许多领域具有广泛的应用前景。
五、技术应用及实验研究（一）技术应用基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术可以应用于结构健康监测、航空航天、医疗等多个领域。
在结构健康监测方面，可以通过监测FBG传感器反射光谱的变化，实现对结构损伤的实时监测和预警；在航空航天领域，可以用于飞行器的压力、温度等参数的监测；在医疗领域，可以用于生物传感、生物医学成像等方面。
（二）实验研究实验研究表明，基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术具有高灵敏度和高分辨率。
通过改变F-P滤波器的腔长或介质折射率，可以实现对FBG反射光谱的精确测量和解析。
同时，该技术还具有较好的稳定性和抗干扰能力，可以在复杂的环境下进行精确的测量和监测。
《2024年基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》范文
《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言在当代传感技术中，光纤传感因其非接触式测量、抗干扰性强和可长距离传输等特性得到了广泛应用。
特别是基于光纤布拉格光栅（FBG）的传感技术，因其高灵敏度、高分辨率和可重复性，在众多领域中扮演着重要角色。
本文将重点研究基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，分析其工作原理及在应用中的优势。
二、可调谐F-P滤波器的工作原理可调谐F-P（Fabry-Perot）滤波器主要由两块高反射率膜和光学谐振腔构成。
其工作原理是基于两个平行镜面之间的干涉现象。
当入射光照射在滤波器上时，满足一定波长范围的光将在腔内反复发生反射并相互干涉，从而实现特定的光谱筛选。
三、FBG传感器的解调原理FBG是一种用于光波长调制和测量的器件，其核心原理是布拉格光栅效应。
当光波通过FBG时，特定波长的光会被反射并形成布拉格光栅，而其他波长的光则通过。
通过检测反射光的波长变化，可以获得外部物理量的变化信息。
四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术结合可调谐F-P滤波器与FBG传感器，该技术能够实现高效、精准的FBG解调。
在系统中，可调谐F-P滤波器通过调整其工作波长，与FBG传感器中的布拉格光栅进行匹配，从而实现对FBG传感器输出信号的精确解调。
五、技术应用及优势分析1. 精确度高：通过精确调整可调谐F-P滤波器的波长，可以实现高精度的FBG解调。
2. 动态范围广：该技术可应用于多种不同物理量的测量，如温度、压力、应变等。
3. 抗干扰能力强：光纤传感器的非接触式测量和抗电磁干扰特性使得该技术在复杂环境中具有更好的稳定性。
4. 易于集成：该技术可以与其他光纤传感器和光纤网络系统进行集成，实现大规模的分布式测量。
六、应用前景与展望基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术在工业、军事、医疗、环保等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的发展和需求的提升，未来该技术将更加成熟，解调速度和精度将进一步提高，应用范围将进一步扩大。
光纤Bragg光栅校准可调谐F-P滤波器解调系统的研究
ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｔｇ ｆｔ ｅ Ｔ － ｈ ｒ ａｎ ｖ ｌ ａ ｅｅ ｇ ｈ ｄ ｍｏ ｕ ａｉｎ ｓ ｓ ｍ ａ ｅ ｎ ｒｆｒ ｎ ｅＦ Ｇ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｏ ｔ ・ ｌ ｅ ｏ Ｆ Ｆ Ｐ ｆ ｅ ， ｏ ｅ ｖ ｌｎ ｔ ｅ ｄ ｌｔ ｙ ｔ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅｅｅ ｃ Ｂ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ｏｖ ａ ｈ ｉ ｗ ｏ ｅ ｓ Ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｏ ｔ ｅ ｅｅ ｃ Ｆ Ｇ ｄ ｐｓ ｆｒ ｎ ｅ Ｂ ｗｈｃ ｐ ａ ｅ ｉ ｔｅ ｎ ｈ ｎ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔｒ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ｔ ｅ ｓｅ ｄ ｒ ｉｈ ｌ ｃ ｄ ｎ ｈ ｕ ｃ ａ ｇ ｄ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｇ ｔ ｔａ ｙ ｏ
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基于F—P滤波器的光纤光栅解调系统设计
基于F—P滤波器的光纤光栅解调系统设计作者：张佳鹏曹桂芳杨莹周晓旭来源：《数字技术与应用》2016年第03期摘要：本文基于F-P滤波器搭建了一个光纤光栅传感解调系统，系统采用高斯多项式拟合算法进行中心波长的寻峰。
通过对置于同一恒温箱中两个高精度温度光纤光栅传感器的解调实验研究表明系统稳定性较高，分辨率可以达0.1pm。
高斯多项式拟合算法可以准确找到中心波长位置，波长稳定性在±0.1pm以内，测温精度可达±0.2℃，整个系统可以满足工程要求。
关键词：F-P滤波器高斯多项式拟合解调中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）03-0000-00自1989年Morey首次使用光纤光栅进行应变和温度传感以来，光纤光栅的传感应用引起了世界范围内的高度重视，并且取得了长足的进步。
光纤光栅传感器与传统的机械或者电子传感器相比，具有灵敏度高、抗电磁干扰强、质量轻、耐腐蚀、电绝缘性能好等优点，因此其在石油工业、桥隧结构、航空航天、电力等领域得到了广泛的应用。
[1-2]传统的FBG传感器常采用高斯切趾的均匀光纤光栅，其反射谱近似为高斯型，因此本文设计了一种基于可调谐F-P 滤波器的光纤光栅解调系统，系统采用高斯多项式拟合算法进行反射谱的寻峰，进而确定光栅传感器的中心波长。
本文通过将两个高精度温度光纤光栅传感器置于同一恒温箱的解调实验来研究光纤光栅解调系统的精度、稳定性以及高斯多项式拟合的准确度。
1 高斯多项式拟合高斯多项式拟合算法就是对采集的数据进行高斯多项式变换，采用一般多项式拟合法进行曲线拟合来确定峰值位置。
光纤光栅的反射光功率密度谱曲线用高斯函数近似表示为：？？？？（1）式中I0为反射谱强度I的幅值，λB为光栅的布拉格波长，ΔλB为反射谱的3dB带宽对式（1）两边分别取对数，得令：则式（1）变为？（2）式（2）为典型的二次多项式拟合形式。
按照最小二乘法，式（2）的偏差平方和S为？？？（3）当S取最小时，可计算出光纤光栅反射谱对应的中心波长为？？？？？？（4）2 光纤光栅解调系统设计宽带光源发出的入射光经过光隔离器和耦合器进入光栅阵列。
基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究
基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。
光纤光栅作为传感元件具有其它传感器无可比拟的优点。
FBG传感器结构紧凑,易于集成和埋覆测量,对传感信息采用本征性波长编码,免受电磁噪声和光强波动的干扰,并且便于采用复用(波分、时分、空分)技术实现对多种传感量(应力、温度等)的准分布式多点测量,在民用、航空、船舶、电力和石油等领域的安全监测方面有着广泛的应用前景。
目前,FBG传感解调的方法和装置包括非平衡马赫—曾德干涉仪法、边缘滤波器法、匹配FBG滤波器法和可调谐法布里—珀罗(Fabry-Perot,F-P)滤波器法等。
其中,可调谐F-P滤波器法通过微驱动器调谐腔长扫描传感FBG,具有灵敏度高、调谐范围大等优点更适用于多点扫描。
因此本文对可调谐F-P滤波器解调方法进行了较为深入的研究。
本文研究了端面光吸收损耗,有限多光束干涉及反射平板不平行对F-P滤波器光学性能的影响,提出了可调谐F-P滤波器的参数范围和设计要求。
通过仿真实验设计了基于磁场梯度力的微位移驱动器和基于电场力的微位移驱动器。
分析了基于超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material,GMM)和基于压电陶瓷(piezoelectric,PZT)微位移驱动技术的特点,确定了微位移驱动方案。
设计了一种可调谐F-P滤波器结构,利用该结构能够实现对FBG传感器的解调功能。
为了消除可调谐F-P滤波器腔长随温度漂移的影响,降低系统复杂性,通过有限元方法对可调谐F-P滤波器结构的温度稳定性进行了研究。
首先通过实验测得可调谐F-P滤波器结构的温度—腔长变化曲线,与有限元分析软件仿真得到的温度—腔长变化曲线对比确定了有限元模型和有限元计算方法的可行性,然后建立了基于复合结构(因瓦合金、碳钢)的低温度漂移有限元模型,应用低热膨胀系数的因瓦合金补偿了PZT模块的热膨胀差异。
《2024年基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》范文
《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言随着现代科技的发展，光纤传感技术已成为众多领域中不可或缺的测量工具。
其中，光纤布拉格光栅（FBG）传感技术以其高灵敏度、高分辨率和抗电磁干扰等优点，在众多应用中脱颖而出。
然而，如何有效地解调FBG传感信号，一直是研究的热点和难点。
本文将重点研究基于可调谐F-P（Fabry-Perot）滤波原理的FBG传感解调技术，探讨其原理、应用及优势。
二、可调谐F-P滤波原理F-P滤波器是一种基于多光束干涉原理的光学器件，其工作原理是通过改变两个反射面之间的距离来改变光程差，从而实现对光信号的滤波。
可调谐F-P滤波器则可以在一定范围内调整其工作波长，以实现对不同波长的光信号进行滤波。
基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，通过将F-P滤波器与FBG结合，利用F-P滤波器的可调谐特性，实现对FBG反射光谱的扫描和解调。
当F-P滤波器的波长与FBG的反射波长一致时，产生共振效应，此时通过检测F-P滤波器的透射光谱变化，即可得到FBG的反射光谱信息，进而解调出FBG所感知的物理量。
三、FBG传感解调技术的应用FBG传感解调技术在众多领域有着广泛的应用。
在桥梁、建筑等结构的健康监测中，通过将FBG粘贴于结构表面或嵌入结构内部，可以实时监测结构的应力、应变、温度等物理量，及时发现结构损伤。
在航空航天领域，FBG传感解调技术可用于测量飞机、卫星等飞行器的振动、应变、温度等参数，确保飞行安全。
此外，在石油化工、医疗卫生等领域，FBG传感解调技术也发挥着重要作用。
四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术优势基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术具有以下优势：1. 高灵敏度：可实现高精度的光谱扫描和解调，对微小物理量的变化具有高灵敏度。
2. 实时性：可实现快速光谱扫描和解调，满足实时监测的需求。
3. 抗干扰能力强：由于采用光学原理进行测量，抗电磁干扰能力强，适用于恶劣环境下的测量。
基于可调谐FP滤波器的光纤光栅解调系统
引# 言
近年来， 光纤光栅波长解调方法的研究一直是光 纤光栅传感领域研究的热点。由于光纤光栅波长解调 仪器的性能表现很大程度上决定了测量系统的测量范 围、 测量分辨率以及测量速度等参数， 所以它成为光纤 光栅传感应用中的关键技术。 目前， 国内外已经报道了多种光纤光栅波长测量
［ <］ 方法， 其中包括可调谐 A=B （ ACDEF=B;E5G ） 滤波器法 、
（ 清华大学 精密仪器测试技术与仪器国家重点实验室， 北京 <%%%>@ ） （ ACDEF=B;E5G ） 滤波器的 摘要：为了进一步提高光纤光栅解调系统的性能， 提出和研究了一种新颖的基于可调谐 A=B 光纤光栅解调技术， 并以此为基础构建了探测系统。系统使用一个固定波长的参考光纤光栅作为波长参考元件， 通过对 传感光纤光栅与参考光纤光栅的波长测量与差值运算， 消除了可调谐 A=B 滤波器腔长漂移对测量精度的影响。给出压 电陶瓷电压对应的伸长量， 有效地减小了压电陶瓷非线性对测量的影响， 提高了光纤光栅波长的测量精度。在测量范围 内， 最大非线性偏差为 %7 &H 。 关键词：光纤光栅； 非线性； 二次函数； 可调谐 A=B 滤波器 中图分类号：-0!&$# # # 文献标识码：)
［ %］ 殊的结构设计和材料选择来实现腔长的自补偿 ， 即
本较低。 对一个光纤光栅的波长进行测量时， 压电陶瓷的 驱动波形及光电探测器探测到的信号如图 O 所示。当 ! !
在温度发生变化时， 腔长基本保持稳定。二是采用参
［ A］ 考波长元件 ， 通过测量光纤光栅的波长和参考波长
差值的方法消除腔长漂移的影响。 （ " ）驱动元件非线 性的影响。由于驱动元件 （ 如压电陶瓷） 的伸长量=电 压曲线具有非线性 （ 如 ;B 公司的压电陶瓷非线性典型 值为 *#C D *$C ， 位移重复性 *C ） ， 使得可调谐 &=; 滤波器腔长的定位精度不高， 从而导致光纤光栅波长 测量误差较大。目前主要的解决办法是采用位移传感
光纤光栅传感器信号解调方法的研究
达 0.4με，动态应变可达 0.01με。 不足之处：信号光经
过多个耦合器进入匹配 FBG，导致反射回来的信号减
弱，系统信噪比降低；每对 FBG 都要一个探测器，使得
系统复杂程度增加。
透射方式的优点：信号光利用率高，分辨率高达
0.1με。 不足之处：使用多个 PZT，使得跟踪控制复杂，
系统非线性误差较大。
合器 1 进入传感 FBG，反射回来的光再经耦合器 2 分
成等强度的两束光，其中一路经边缘滤波器后探测放
大，成为滤波信号光 IF，另一路直接经过探测器放大 ，
成为参考信号光 IR。 边缘滤波器的滤波函数为：
F（λ）＝A（λ-λ0）
（3）
其中，A 为边缘滤波器的滤波曲线斜率，λ0 为 F（λ0）＝0
时的输出波长。 两路光经过除法器相除，消除光功率
度或应变发生变化时，都会引起中心波长的漂移。 也
就是说光纤光栅反射波中心波长的变化反映了外界
被测信号的变化情况。 由式（1）的微分可知，光纤光栅
中心波长的漂移量为：
ΔλB=2neffΔΛ+2ΔneffΛ
（2）
式中，ΔΛ 是光纤在外界应力作用下引起的弹性形变，
Δneff 是由光纤的弹光效应引起的变化。 通过实时检测 中心波长的偏移量，再根据 ΔΛ、Δneff 与待测 物理量之
Research in demodulation methods of FBG sensor
ZHOU Qian,NING Ti-gang (Institute of Lightwave Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)
化 ΔΦ（λB）便 可 得 到 传 感 FBG 的 波 长 漂 移 量 ΔλB，从 而得到被测量的大小。
基于FFP_TF的分布式光纤光栅动态波长解调方法的研究
张 诚等 : 基于 F FP T F 的分布式光纤光栅动态波长解调方法的研究
・ 33・
变化. 在静态工作点附近, 可将系统输出电压与 FBG 中心波长近似为线性关系 , 波长解调的动态范围为
1
= 2 × 0. 425
2 b2 1 + b2 .
( 6)
2 波长锁定原理
FF P-T F 通过压电陶瓷( PZ T ) 实现 F -P 腔长的变化 , 从而实现对 F FP -T F 中心波长的控制 . 由于 P ZT 存在响应滞后的特性 , 当 FF P-T F 中心波长移至到静态工作点并使驱动电压保持不变后, F FP -T F 中心 波长会发生漂移 . 控制驱动电压以不同速率、 不同方向将 F FP T F 中心波长移动到某工作点后, 对 10 min 内的F FP -T F 波长变化进行采样, 得到图3 所示的漂移曲线 . 可以看出 FF P T F 的波长漂移保持惯性, 即漂 移方向与原波长移动方向一致 . 波长漂移量与驱动电压移动速率有关 , 移动速率越大, 相同时间内波长漂 移量越大, 而波长漂移变化率随时间呈现减小趋势.
基于 FFP TF 的分布式光纤光栅动态波长解调方法的研究
张 诚, 苗长云, 李鸿强 , 高 华 , 甘晶萌
( 天津工业大学 电子与信息工程学院 , 天津 300160 ) 摘要 : 提出一种利用光纤可调谐 Fa br y Per ot 滤波器 ( FF PT F ) 实现分 布式光纤光栅动态 波长解调的方法 , 从而实现 对一根光纤上多个 传感光纤光栅动态应 变或振动的分时检 测 . 建立了 波长解调数 学模型 , 推导出系 统 输出电压、 输出灵敏度 计算公式 , 得 出静态工作 点的确定方 法 . 研 究了 F FP T F 在静态工作 点的波长 漂移特性 , 提出加入高 频扰动驱动电压的 波长锁定方法 . 基于 L abview 数据采 集平台构建 解调系统 . 实验中 通过对系统 输 出电压进行数字滤波 , 实现了对频率为 100 和 250 Hz 的振动检测 . 实验结果验证了该解调方法的可行性 . 关键词 : 光纤传感 ; 光纤布拉格光栅 ; 动态波长解调 ; 光 纤可调谐 FP 滤波器 ; 波长锁定 中图分类号 : T N 253; T N 247 文献标识码 : A
基于可调谐珐珀滤波器的光纤珐珀传感解调系统研究
光纤珐珀传感器是基于多光束干 涉 的 原 理，利 用 珐 珀 腔
长与应变之间的关系来实现测量目的，它 的 核 心 部 分 是 一 个
珐珀腔，根据多光束干涉原理可以求得 反 射 光 光 强 和 透 射 光
光 强 分 布 分 别 为〔3〕：
4 R sin（2 2"l ）
（ T（）!）= （l
-
R）2 +
珐珀腔长有关，而且还与珐珀腔两反射端面的反射率 R 有关。图
3 给出了当珐珀腔长一定时依据公式（2）得到的珐珀腔长的透射
光干涉光强分布与 R 的关系。当光波长!和珐珀腔长 l 满足如下 条件时出现干涉极大（ m 为干涉级次）：
l=ຫໍສະໝຸດ m! 2（5）图 2 光纤珐珀传感器输出的理想光谱
l 光谱法解调光纤珐珀传感器原理简介
this paper，based on the property of the tunabIe Fabry Perot fiIter . A scheme of opticaI fiber Fabry Perot sensor interrogation system is proposed；Setting up this
息。
收稿日期：2006 - 04 - 05 基金项目：国家科技攻 关 引 导 项 目 资 助（2002BAl05C）；重 庆 市 科 技 攻 关 重 大 专 项 资 助（7289）。
图 3 珐珀透射光干涉图与反射率的关系 由图 3 同时还可以发现，随着珐珀腔两端面反射率 R 的 不断增大，则透射光 干 涉 条 纹 的 宽 度 越 来 越 细。如 果 从 波 长
便，假设注入光纤的光 束 是 中 心 波 长 为 !0，带 宽 为 #! 的 均 匀 宽 带 光 ，即 （0 !l）= （0 !2）= （0 !i）= 0，入 射 光 经 过 耦 合器后进入传感器，其 反 射 光 再 通 过 耦 合 器 进 入 光 谱 仪，由
基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究的开题报告
基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究的开题报告一、研究背景光纤光栅是一种广泛应用于光通信、光传感等领域的重要光学元件。
其具有高灵敏度、高可靠性、低耗能等优点，被广泛应用于温度、应力、压力等物理量的测量。
然而，光纤光栅的解调技术一直是一个备受关注的研究方向。
传统的解调方法主要有光源波长扫描法和 Fourier 变换法，但都存在不同程度的局限性和缺陷。
二、研究目的本研究旨在基于可调谐法布里—珀罗滤波器，研究一种新的光纤光栅解调技术。
该技术利用可调谐法布里—珀罗滤波器的谐振峰移动特性，实现对光纤光栅反射光信号的解调。
本研究将对该技术的原理、特点以及解调精度进行详细研究，并通过实验验证该技术的可行性和实用性。
三、研究方法1. 文献调研：对可调谐法布里—珀罗滤波器的原理、光纤光栅的解调技术、光学传感器等相关领域的文献进行调研和分析。
2. 实验研究：设计并搭建可调谐法布里—珀罗滤波器和光纤光栅解调系统，通过控制谐振腔的长度、激光波长等参数，实现对光纤光栅反射光信号的解调，并进行精度测试。
3. 数据分析：对实验数据进行分析和处理，验证该技术的可行性和实用性，对其解调精度进行评估和比较。
四、研究意义1. 开发一种新的光纤光栅解调技术，填补了现有解调方法的局限性，对光学传感器的应用有着重要的推广和应用价值。
2. 研究可调谐法布里—珀罗滤波器的谐振峰移动特性，增加了对该器件的认识和理解，为其更广泛的应用提供了参考和支持。
3. 推动光学传感器领域的发展和创新，为光学测量和光学通信等领域提供更加可靠和精确的光学元件和技术支持。
五、预期结果1. 研究出基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术，实现对反射光信号的精确解调，并评估其解调精度和应用价值。
2. 深入探究可调谐法布里—珀罗滤波器的谐振峰移动特性，为其更广泛的应用提供参考和支持。
3. 推动光学传感器和光学通信领域的创新和发展，为相关领域的应用提供可靠和精确的光学元件和技术支持。
基于可调光纤F-P滤波器实时解调系统的研究的开题报告
基于可调光纤F-P滤波器实时解调系统的研究的开题报告一、选题背景随着通信技术的不断发展和应用，光通信技术作为一种新型通信方式逐渐受到人们的关注和认可。
在光通信系统中，光纤F-P滤波器是一种重要的光学元件，可用于波长选择和光谱分析。
同时，可调光纤F-P滤波器由于其可调谐性和高分辨率等优点，被广泛应用于光纤传感器、光谱分析、激光频率稳定等领域。
而在实际应用中，提高可调光纤F-P滤波器的解调精度和实时性一直是一个难点问题。
因此，本文旨在通过调研分析现有的可调光纤F-P滤波器解调系统，结合光学传输和数字信号处理技术，设计和实现一种基于可调光纤F-P滤波器实时解调系统。
二、选题意义光通信技术是实现信息高速传输和远距离通信的重要技术手段，而光纤F-P滤波器作为一种重要的光学元件，在光通信中具有重要的应用前景。
提高可调光纤F-P滤波器的解调精度和实时性，对于开展相关应用研究具有重要的意义。
同时，本文所设计和实现的基于可调光纤F-P滤波器实时解调系统不仅可以用于通信领域，还可应用于其他多种光学领域，如光谱分析、激光频率稳定等。
三、研究内容和目标本文的研究内容主要包括以下三个方面：1. 可调光纤F-P滤波器的设计和制作：从材料的选取、光学结构的设计及制作等方面对可调光纤F-P滤波器进行详细阐述；2. 基于光学传输和数字信号处理技术的解调系统设计：分析现有的可调光纤F-P滤波器解调系统，结合光学传输和数字信号处理技术，设计一种可靠的可调光纤F-P滤波器实时解调系统；3. 实验验证与性能评估：通过实验验证和性能评估，验证所设计和实现的基于可调光纤F-P滤波器实时解调系统的解调精度和实时性。
本文的研究目标是设计和实现一种高精度、高实时性的可调光纤F-P 滤波器实时解调系统，为光通信及其他光学领域的相关研究提供技术支持和理论基础。
基于F-P滤波器的光纤光栅解调系统的优化设计
基于F-P滤波器的光纤光栅解调系统的优化设计赵亚丽【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2017(000)008【摘要】为了提高基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)滤波器的光纤光栅波长解调系统的性能,提出了一种采用新型光纤梳状滤波器作为参考波长装置的解调方案.新型光纤梳状滤波器由两个啁啾光栅和一个光耦合器组成,与传统的参考光栅相比可以为解调系统提供更多的参考点.优化后的解调系统重复性好,运行更稳定、精确.%A new demodulation system is proposed with a novel fiber comb filter as the reference wavelength to improve the performance of fiber Bragg grating wavelength demodulation system based on F-P filter.The new fiber comb filter consists of two chirped gratings and one optical coupler, which can provide more reference points for the demodulation system.The optimized demodulation system has good repeatability and stable operation.【总页数】2页(P88,85)【作者】赵亚丽【作者单位】承德石油高等专科学校,河北承德,067000;河北省仪器仪表工程技术研究中心,河北承德,067000【正文语种】中文【相关文献】1.基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅传感解调系统寻峰算法对比分析 [J], 蔡能宏;闫连山;陈娟子;曾德兵2.基于F-P滤波器光纤光栅解调系统 [J], 金永兴;刘涛;方涛;康娟;沈为民;刘红林3.基于F-P滤波器的光纤光栅解调系统设计 [J], 张佳鹏;曹桂芳;杨莹;周晓旭4.基于F-P滤波器的光纤光栅解调系统设计 [J], 张佳鹏;曹桂芳;杨莹;周晓旭5.基于F-P滤波器的光纤光栅振动传感解调系统的研究 [J], 何西坤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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１ 引 言
光纤布拉格光栅 （ Ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ Ｂ ｒ ａ ｇ ｇ Ｇｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ， 阳Ｇ ） 是一种能感 测应变 、 温度 、 压力 、 磁场 等多种物理参 量的光无源 器件 ， 作 为光 电子研究领域的新兴技术 ， 在近年来受 到了广泛 的关 注 和应用『 ｌ ］ 。光纤光栅传感器属 于波长调制型光纤传感器 ， 它是通过对光纤 内部写入 的光 栅反射或透射 波长 的光谱 检 测， 实现对被测结构的应变和温度等量值的绝对测量。常用 的信号解调方 法有 ： 边缘滤 波法 、 匹配滤 波法 、 可调谐 滤 波
唐 波 黄俊斌 顾宏灿
武汉
吴
晶
（ 海 军 工 程 大 学 兵器 工程 系
４ ３ ０ ０ ３ ３ ）
摘
要
论文以提 高光纤光栅传感器信号解调系统的波长检测精度为研究主题。在改进质心 寻峰算法的基础上 ， 分析 了几种基于可调
谐Ｆ － Ｐ滤波器的光纤光栅传感器波长解调系统的算法 ， 并使用 Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ Ｗ 语言对其进行 了仿真对 比研究 ， 提 高了波 长解调的精密度 。实 验 结果表 明， 论文提出的质 心法寻峰 ， 抛物线插值算法有效地提高了光纤光栅反射信号解调系统的波长解调精度 ， 降低了复杂程度 。 关键词 寻峰算法 ； 插值 ； 精 密度
ＴＡＮＧ Ｂｏ ＨＵ Ａ Ｎ Ｇ Ｊ ｕ ｎｂ ｉ ｎ ＧＵ Ｈｏ ｎｇ ｃ ａ ｎ Ｗ Ｕ Ｊ ｉ ｎ ｇ
（ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｗｅ ａ ｐ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｎａ ｖ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｗ ｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ３ ３）
Ｖｏ １ ． ３ ３ Ｎｏ ． １ ２ ４２ 舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｈ ｉ ｐ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
总第 ２ ３ ４期 ２ ０ １ ３年第 １ ２期
基 于可 调 谐 Ｆ — Ｐ滤 波 器 的光 纤 光栅 波 长解 调 算 法 研 究
Ｔ Ｐ ３ ０ １ ． ６ ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ６ ７ ２ — ９ ７ ３ ０ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ １ ５ 中 图分 类 号
ＦＢＧ Ｄｅ ｍｏ ｄ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ Ｔｕ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ Ｆ ａ ｂ ｒ ｙ － Ｐｅ ｒ ｏ ｔ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｆ ＢＧ ｄ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｏ ｉ ｄ ｐ ｅ ａ ｋ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｍｅ ｅ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ Ｉ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ＦＢ Ｇ ｄ ｅ ｍｏ ｄ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｌａ ｂ ＶＩ ＥＷ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ — ｔ ｒ ａ ｓ ｔ ，ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｄ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈａ ｓ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｆ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｅ ｎｔ ｒ ｉ ｏ ｄ ｐｅ ａ ｋ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ — ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｐ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｇｔ ｎ ｈ ｄ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｉ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ｄｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ— ｒ ｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ． ｍ Ｋｅ ｙ Ｗ ｏｒ ｄ ｓ ｐ ｅ ａ ｋ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ，ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｐ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ
法、 射频 探 测 法 、 光 栅 啁啾 法 、 Ｃ Ｃ Ｄ测 量 法 、 干涉 解 调 法等 ］ 。
本 质 是 采 用 可 调谐 Ｆ － Ｐ滤 波 器 将 波 长 的 变 化 转 化 为 时 域
中接收光强 的变化 ］ 。宽带 光源 照射 光 纤光栅 传 感器 阵 列， 阵列反射 的光经 过 耦 合 器进 入 到可 调 谐 Ｆ － Ｐ滤 波 器