布拉格光纤光栅传感器理论与实验研究

东南大学
博士学位论文
布拉格光纤光栅传感器理论与实验研究
姓名：恽斌峰
申请学位级别：博士
专业：物理电子学
指导教师：崔一平
20060601
第二章布拉格光纤光栅理论分析和传感机理
纤光栅应变传感和分布式布拉格光纤光栅应变场传感的机理进行了对比，这样的分析同样可以用于温度等其他参量的传感分析．
图２．５表示了布拉格光纤光栅作为准分布式应变传感器时，受均匀应变前后的布拉格光纤光栅的折射率调制周期变化，可以看出受均匀应变前后虽然周期变化了，但还是均匀周期，所以布拉格光纤光栅光谱只发生整体波长偏移．光谱形状不发生改变，如图２．６所示。

圉２．５受均匀应变的布拉格光纤光栅周期结构图
图２，６受均匀应变布拉格光纤光栅光谱偏移圈
而当布拉格光纤光栅作为分布式应交传感器应用时，其折射率调制周期由均匀变成非均匀，如图２．７所示；相应的，其光谱不但发生整体偏移，而且光谱形状发生变形。

如图２．８所示，这时就不能仅仅检测中心波长的偏移来进行传瘳，而应该从变形的光谱中得到传感量信息。

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圈２．７非均匀应变场中的布拉格光纤光柑周期结构图
２．５本章小结
硼孙柏ｋｎ砸州册
图２，８非均匀应变场中的布拉格光纤光栅光谱变形圉
这一章，我们主要给出了布拉格光纤光栅的理论分析方法，以此为基础分析了布拉格光纤光栅作为准分布式传感器和分布式传感器的传癌机理，并且比较了布拉格光纤光栅的这两种应用的区别。

参考文献
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第三章基于可调谐激光的布拉格光纤光栅波长解调系统
时间，ｙ轴表示的是ＰＩＮ探测器最大电压时所对应的Ｆ－Ｐ驱动电压，再经过Ｆ－Ｐ驱动电压Ｆ－Ｐ波长的线性转换，就可以检测布拉格光纤光栅中心波长随时问的变化，进一步通过上一章中分析的布拉格光纤光栅中心波长偏移量与应变的线性关系，就可以实现对应变的实时传感，相应地图３．１０给出了这种显示模式的软件截图，图中显示了对一个布拉格光纤光栅施加阶梯式应变时，随时间变化的输出Ｆ－Ｐ滤波器驱动电压．
图３．９显示模式一的软件截图
图３．１０显示模式二的软件截图
３．２布拉格光纤光栅应变解调实验
采甩上面搭建的系统，我们对布拉格光纤光栅的应变传感进行了解调实验，由于整个系统中存在很多噪声（包括激光的白发辐射噪声，激光功率不稳定引起的噪声以及电路中引起的噪声等），所以必须对采集的数据进行数字处理以降低噪声对应变解调精度的影响。

文献【２４—２５】理论分析了一些用来提高波长解调精度的方法，但都只进行了理论分析．我
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们在实验中，采用能量集中算法（ＣＤＡ）加有限脉冲响应数字滤波器的方法，并且和没有采用数据处理前的直接解调得到的结果进行了对比，实验表明大大提高了系统的应变解调精度。

数字信号处理中的有限脉冲响应滤波器（Ｆ取）可以实现数字滤波，并且具有稳定和线性相位的特点，可以用来提高信号的信噪比，并且不带来信号相对强度形状的失真瞄Ｊ．我们对未经过Ｆ墩数字滤波器的激光扫描信号与经过２０ｌ阶的ＦＩＲ低通滤波后的激光扫描信号进行了实验分析，结果分别如图３．１１和图３．１２所示，图中横坐标为Ｆ－Ｐ锯齿波扫描电压值，纵坐标为ＰＩＮ光电探测器探测电压值，即软件实现的显示模式１。

圈３．１１直接探测（未经ＦＩＲ滤波器）的激光扫描信号图
图３．１２经２０ｌ阶ＦＩＲ低通滤波器后的激光扫描信号圉。