光纤光栅的解调技术共21页
一种高分辨率的光纤光栅传感解调技术
3国家自然科学基金快速反应项目(69878007)、国家攀登计划预研项目。
收稿日期:1999204205;收到修改稿日期:1999206228一种高分辨率的光纤光栅传感解调技术3关柏鸥1) 余有龙1) 葛春风1) 刘志国1) 董孝义1) 谭华耀2)1),南开大学现代光学研究所,天津3000712),香港理工大学电机工程系,香港摘 要 报道了一种基于光纤激光器波长扫描寻址的高分辨率的光纤光栅传感解调方案。
光纤激光器的扫描寻址过程由微机来控制。
微机控制光纤激光器波长扫描的同时,同步采集、处理传感信号,并通过曲线拟合给出传感光栅的中心反射波长值。
本解调方案的波长移动分辨率为0.1pm ,可实现高分辨率的温度及应变测量。
关键词 光纤光栅, 传感器, 解调。
1 引 言近年来,光纤光栅在传感领域的应用越来越引起人们的重视。
同其它类型的传感器件相比,光纤传感器具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀、能在复杂的化学环境下工作等特点。
此外,其波长编码特性及其可复用性更是其它类型传感器所无法比拟的。
如何对光纤光栅的波长编码信号进行解调,是实现光纤光栅传感的关键。
迄今为止,人们已提出了一些解调方案,例如非平衡马赫2曾德尔干涉仪检测[1,2]、可调光纤法布里2珀罗滤波检测[3]、匹配光纤布拉格光栅可调滤波检测[4,5]等。
我们曾提出过匹配光栅调谐光纤激光器波长扫描寻址解调方案[6]。
采用光纤光栅作为光纤激光器的波长调谐元件,微机控制光纤激光器进行步进扫描,并同步采集光电探测器的输出信号,根据对应于光电探测器最大输出的调谐步数来确定传感光栅的中心反射波长值。
由于光纤激光器的扫描步长较大,此种方法所获得的波长位移分辨率不够高。
为了提高波长位移分辨率,我们对其作了改进。
微机控制光纤激光器完成一次扫描过程后,用高斯2牛顿法对光电探测器输出电压与激光波长之间的关系数据进行曲线拟合,通过拟合来确定传感光栅的中心反射波长值。
这样,便大大提高了解调分辨率。
光纤光栅解调仪电路原理
光纤光栅解调仪电路原理
光纤光栅解调仪电路原理简介：
光纤光栅解调仪是一种利用光纤光栅进行传感和测量的装置，它通过对光纤光栅中反射光的监测和处理，实现对物理量的测量和控制。
其核心部件为解调电路，它能够将光栅中反射光的信号转换为电信号，并进行处理，得出要测量的物理量的信息。
光纤光栅解调仪电路原理：
解调电路是光纤光栅解调仪中最为关键的部分，它的主要功能是将由光纤光栅反射回来的光信号转换成电信号，然后进行信号处理。
光纤光栅解调电路的主要原理如下：
1. 信号检测。
光纤光栅中反射回来的光信号，由光电探测器（PD）转换为电信号，电信号经过放大电路（LNA）进行放
大和滤波，提高信号质量和可靠性，去除杂音和干扰；
2. 信号解调。
解调电路可以将被调制的信号分离成两个部分，即参考信号和调制信息。
通过平衡电路（Balun）以及锁相放
大器（PLL）实现参考信号的产生、提取和输出；
3. 信号处理。
经过信号解调后，得到的信号按照一定的算法进行处理，提取出要测量的物理量的信息，例如温度、压力、应力等。
光纤光栅解调电路完整的电路结构一般由以下几部分构成：前
置放大器、滤波器、平衡电路、锁相放大器和信号处理器等。
不同的应用场合和不同的测量目标，会有不同的电路设计和参数选择。
光纤布拉格光栅传感器的一种波长解调方法
光纤布拉格光栅传感器的一种波长解调方法张红霞;郑林;黄岑;刘琨;贾大功;刘铁根;张以谟【摘要】光纤布拉格光栅(FBG)经过中心波长解调,可实现对应变、温度等物理量的高精度传感检测.在光纤光栅传感中,如何检测中心波长的微小移位是传感解调的核心问题.为此,文中介绍了一种基于互相关原理的FBG中心波长解调方法.FBG的初始光谱和被调制后的受扰光谱形状相似,只是中心波长产生了漂移,通过对初始光谱与受扰光谱互相关值的解算,即可解调出中心波长的位移量.将实验结果与自相关法、功率加权法和最小二乘法等波长解调方法进行了对比,结果表明互相关方法可以有效地进行中心波长解调.%By demodulating the central wavelength, fiber Bragg grating(FBG)can be used for high precision detection in strain, temperature and other physical quantities. The key problem of this demodulation method is the detection of the slight shift of the central wavelength. In this paper, a FBG central wavelength demodulation algorithm based on cross-correlation is presented. The perturbed and undisturbed spectra of FBG have the similar form, except a slight shift of the central wavelength. By computing the cross-correlation between the perturbed and undisturbed spectrums, the slight shift of the central wavelength can be obtained. Compared with the auto-correlation algorithm, the weighted wavelength algorithm and the least squares algorithm, the cross-correlation algorithm can demodulate the central wavelength shift effectively in experiments.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2012(045)002【总页数】5页(P111-115)【关键词】光纤传感;光纤布拉格光栅;波长解调;互相关【作者】张红霞;郑林;黄岑;刘琨;贾大功;刘铁根;张以谟【作者单位】天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津300072;天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;天津大学光电信息技术教育部重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TN253光纤Bragg光栅(FBG)被广泛应用于各种条件下的传感测量．FBG传感器通过反射谱中心波长的位移来反映温度、应变等被测量的变化[1]．基于可调谐激光器[2-3]或者基于宽带光源结合可调谐滤波器[4-5]的解调系统，本质上都是应用扫描技术采集 FBG反射谱或透射谱的Bragg中心波长[6]来解调温度、应变等传感量．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的研究热点．由于光纤光栅波长解调的优劣决定了检测范围、分辨率以及测量速度等，如何提高 FBG中心波长漂移量的检测精度是设计优良传感系统的关键之一．因此，采用合适的解调算法来精确计算FBG反射或透射光谱中心波长的位移成为需要解决的首要问题．目前，FBG波长解调的方法主要有功率加权法(weighted wavelength algorithm，WWA)[7]、最小二乘法(least squares algorithm，LSA)[8]、自相关(auto-correlation)法[9]和互相关(cross-correlation)法[10]等，笔者主要论述了一种基于互相关的解调算法，它通过计算受扰反射谱与未受扰反射谱的互相关值来确定其中心波长的位移．同时应用该方法对FBG的温度灵敏度进行了标定，补偿在应变测量中环境温度的影响．最后利用实验验证该算法的特性并与其他几种方法进行了比较．1 基本原理FBG传感器解调的基本原理是精确测量FBG反射谱的中心波长漂移量．测量之前先获得未受扰状态下FBG的反射谱，即初始光谱．设采样点数为N，则光谱序列为P (λi) ，i＝0，1，…，N−1．N 的大小为式中：λmax −λm in为光谱的扫描范围；δλ是扫描步长．设FBG的初始光谱为P (λi)，中心波长为λC；受温度或应变调制后受扰光谱为P ′(λi)，中心波长为．相对于初始光谱，受扰光谱中心波长发生了漂移[9]，即式中m为移位步数．用Δλ = m δλ表示受扰光谱与未受扰光谱中心波长移位量．利用式(2)计算受扰光谱与初始光谱之间的互相关值序列式中 jC是一个包含2N−1个元素的数列中的元素．等式假设超出P (λi )和P ′(λi)序号范围的值均为0．此外，由式(2)和式(3)可推出，互相关数列 C j的值是按高斯型分布的．位移量Δλ和受扰谱中心波长λC′可由式(4)求得，即式中 J表示高斯曲线取最大值处所对应的采样点数．可以看出λΔ与扫描步长δλ和J密切相关，选择合适的扫描步长以及对相关输出的序列进行高斯峰值拟合可有效提高检测精度．自相关法的基本原理是计算初始光谱和受扰光谱的相关函数A m =P(λi) P′(λi)，其中每个A是包含N个元素的向量，从每个向量中选取最大元素，重新组成新的数列，将该数列进行高斯拟合后即可得到中心波长的漂移量．功率加权法的基本原理是计算FBG反射波的波长对光功率的加权平均来定义其特征值，即计算中用特征值的漂移量代替中心波长的漂移量，选取合适的起始点和取点个数，使窗口中能够包含反射谱波形，求取取点窗口内n个脉冲点波长功率的加权平均即为反射波的特征值，从而解调出FBG反射波中心波长的漂移量．最小二乘线性拟合是根据最小二乘原理计算偏差平方和的最小值，确定线性拟合的最佳参数，从而解调出中心波长的漂移量．2 实验及数据处理FBG传感解调实验由光源、传感区和数据采集与处理3部分组成，实验系统如图1所示．图1 实验系统Fig.1 Experimental configuration实验系统表示，超辐射激光二极管(SLD)光源发出的激光经过 3,dB耦合器后进入FBG阵列中．从FBG反射回来的光再次通过 3,dB耦合器，经过Fabry-Perot(F-P)可调谐光滤波器对波长扫描后，由InGaAs光电探测器接收，并将采集到的数据经由数据采集(DAQ)设备传输到计算机以进行数据处理和显示．其中 SLD光源中心波长为 1,550,nm，3,dB带宽为 40,nm；F-P可调谐波长范围为 1,520,nm～1,620,nm，自由光谱范围(FSR)为 108,nm，3,dB 带宽为 10,pm；光电探测器自带温控设备，波长响应为800,nm～1,700,nm，噪声等效功率(NEP)小于1.5× 1 0- 14 W/；可调谐光滤波器由DAQ数据采集卡驱动．2.1 FBG温度标定测量采用图 1所示系统，只使用 1个中心波长为1,528,nm的FBG传感器．将该FBG 置于恒温箱中，温度从30,℃升至70,℃，每次变化1,℃．每次升温后，利用LabVIEW 数据采集程序记录各温度下的反射谱．出于标定的目的，将各温度下的反射谱作为受扰谱，而其对应的高斯拟合作为理想的未受扰谱．利用互相关算法，求得各温度下反射谱的中心波长值．在坐标系上利用互相关法得到FBG的标定结果，如图2所示．图2 互相关法标定结果Fig.2 Calibration results for cross-correlation algorithm由图 2可知，FBG的中心波长与温度成线性关系，通过比较线性拟合方差大小，可以判断 FBG温度敏感性的好坏．其中直线的斜率表示 FBG传感器的温度敏感系数，同时计算0,℃时 FBG的中心波长，将实验数据用几种不同方法处理后进行了对比，结果如表1所示．表1 标定结果比较Tab.1 Comparison of calibration results算法互相关法WWA自相关法LSA直线斜率/(pm·(℃)−1) 波长/nm 方差/pm2 9.41 9.45 9.42 11.40 1 528.037 1 528.032 1 528.042 1 528.016 7.26 13.81 7.28 3 826.44由表 1可知，互相关算法与功率加权法、自相关法所得出的结果基本相同．而最小二乘法所得到的大方差值表明该解调算法的抗噪声能力远低于其他算法．2.2 FBG应变测量采用图1所示系统，4个FBG串接在 1根光纤上，分别标记为 FBG1、FBG2、FBG3和 FBG4．实验过程中选用的4个FBG中心波长分别为1,521,nm、1,527,nm、1,533,nm和1,539,nm，FBG的3,dB带宽约为0.2,nm．实验中，把具有最高反射功率的 FBG4作为传感系统的温度补偿光栅，以抵消环境温度浮动带来的影响．实验过程中，SLD光源出射的激光经过FP可调谐光滤波器，在1,520,nm～1,542,nm范围内扫描整个传感系统，得到4个FBG的反射谱(见图3)．图3 4个FBG的反射谱Fig.3 Reflected spectra of four FBGs利用LabVIEW程序控制F-P可调谐光滤波器进行重复扫描，记录每个扫描行程的反射谱．通过分析应变变化量，即标准差，便可得到算法的解调精度．分别计算FBG1～FBG3的应变量，其标准差可说明解调算法的优劣，标准差越小，解调算法越好．数据处理过程中，将第1个扫描行程的反射谱作为未受扰谱，与其他反射谱按互相关方法做解调运算．实验中通过设置窗口来决定反射谱上每次有多少采样点参与互相关运算，同时用 LabVIEW 程序控制窗口随着 FBG反射谱的微小位移而移动．将窗口大小从1,600,pm 逐步缩小至 100,pm，每次变化 100,pm，分别计算 FBG1～FBG3应变量的标准差，所得结果如图4所示．图4 应变标准差与窗口大小的关系Fig.4 Variation of standard deviation of strain resolution with wavelength window width由图 4可知，当窗口宽度设置在 300,pm～1,600,pm范围内时，互相关算法的解调精度浮动较小．当该宽度趋近FBG的3,dB带宽(200,pm)时，该算法的解调精度开始恶化．所以，在窗口宽度接近或小于FBG的3,dB带宽的情况下，该算法无法准确计算中心波长的位移．实验中设定所选窗口宽度为1,500,pm，扫描步长从5,pm增加到75,pm，每次变化5,pm，分别计算FBG1～FBG3应变量的标准差，所得结果如图5所示．由图5可知，扫描步长对应变标准差的影响较明显，当扫描步长大于 35,pm后，应变标准差出现明显波动，无法保证解调精度．因此，控制 F-P可调谐光滤波器的扫描步长在35,pm之内，则互相关算法仍可以保持较高的解调精度．从图 4、图 5中可以看出，FBG1与FBG2的应变标准差的测量结果比较接近，而FBG3的测量结果明显优于FBG1和FBG2，因此FBG3的稳定性更好．图5 应变标准差与扫描步长的关系Fig.5 Variation of standard deviation of strain resolution with wavelength step在精度测量实验中，笔者从应变标准差、窗口大小、扫描步长和解调速度4个方面，将互相关法、功率加权法和最小二乘法进行了比较，结果如表2所示．由表2可知，3种方法在应变标准差上的解调精度相当，而在其他 3项的比较中各有优劣，因此可以根据不同的应用环境选择不同的解调算法．表2 几种解调算法的比较Tab.2 Comparison of different demodulation algorithms算法 FBG1 FBG2 FBG3 窗口大小/pm应变标准差/με互相关法 1.9 1.7 0.6 ＞300 WWA 2.0 1.5 0.5 ＞600 LSA 3.0 1.0 0.5 —扫描步长/pm 解调速度＜35 慢＜80 快＜100 慢3 结语介绍了一种基于互相关原理的光纤布拉格光栅传感器的解调算法，温度灵敏度标定实验显示，与其他算法相比，该算法具有最佳的抗噪声能力．应变测量实验显示，该算法在高反射率 FBG和低反射率FBG的应变传感精度分别达到了0.6,με和1.9,με，具有一定的优势，同时分析了窗口宽度和扫描步长对解调精度的影响．结果表明，该算法可以准确、高效地检测 FBG反射谱中心波长的漂移．利用互相关原理的波长解调算法不仅可以应用于与本系统相似的扫描光谱式的光纤传感系统，也可应用于其他 FBG传感系统中进行动态温度或应变传感．【相关文献】［1］ Kersey A D，Davis M A，Patrick H J，et al. Fiber grating sensors[J]. Journal of Lightwave Technology，1997，15(8)：1442-1463.［2］ Ball G A，Morey W W，Cheo P K. Fiber laser source/analyzer for Bragg grating sensor array interrogation[J]. Journal of Lightwave Technology，1994，12(4)：700-703. ［3］ Yan Lianshan，Yi Anlin，Pan Wei，et al. A simple demodulation method for FBG temperature sensors using a narrow band wavelength tunable DFB laser[J]. IEEE Photonics Technology Letters，2010，22(18)：1391-1393.［4］ Kersey A D，Berkoff T A，Morey W W. Multiplexed fiber Bragg grating strain-sensor with a fiber Fabry-Perot wavelength filter[J]. Optics Letter，1993，18(6)：1370-1372.［5］ Allan W R，Graham Z W，Zayas J R，et al. Multiplexed fiber Bragg grating interrogation system using a microelectromechanical Fabry-Perot tunable filter[J].IEEE Sensors Journal，2009，9(8)：936-943.［6］李智忠，孙崇峰，杨华勇，等. 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光纤布拉格光栅的解调方法
参 考文 献
［ ａｉ Ｍ Ａ ａ ｈｄ ｆｔｒｉｅｒ ａｏ ｅｈ １ ］Ｄ ｖ ．Ｍ ｔ ｅ － ｌ ｎ ｒ ｇｔｎ ｔ — ｓ ｃ ｉｅ ｔ ｏ ｉ ｃ ｎ ｕ ｏ ｉｅ ｒｇ ｇａ ｎ ａ ａ ［１ ｌ ｔ ｎ ｉ ｅ ｆｒ ｂ ｒ Ｂ ａ ｇ ｒｔ ｇ ｒ ｙ Ｊ Ｅｅ ｒ ． ｑ ｆ ｉ ｒ ． ｃｏ Ｌｔ， ９，１１）２ —２ ． ｅｔ１ ５ （ｏ： ２ ８３ ．９ ３ ８ ［ ａｉ Ｍ Ａ ｅ ｅ ． ｌ ｆ ｅ ｒｇ ｒｔ ２ ］Ｄ ｖｓ ，Ｋ ｒ ｙＡ Ｄ Ａｌｉ ｒＢａｇｇａ ｓ —ｂ —
图 ３非 平衡 Ｍ— Ｚ干 涉仪 法
反射波长重合时 ， 探测器能探测到最大光强 ， 此时 压电陶瓷的驱动电压对应光栅的反射波长 ，进而 得到被测量的大小， 如图 ５ 所示。该方案体积小 、 图 ５ 可调 光 纤 Ｆ Ｐ滤波 器解调 法 — 价格低 ，在 ４ ｒ ０ｎ ｎ的范围内可以得到约 １ｐ ｍ的 ｉ ｒ ｆ ｅ Ｆ－ ｖ ｌｎ ｈ ｉ ｔ ｒ Ｏｐ ．Ｌ ｔ ， １ ９ ， １ ｂ Ｐ ｗａ ｅｅ ｇ ｆ ｅ ． ｔ ｌ ｔ ｅｔ ９ ３ ８ ． 测量分辨率 ， ２— ０ Ｃ 在 ０ ２０ ０范围内温度分辨率可达 ｆ６ ：１ ７ ￣１ ７ １１ ３０ ３２ ０１℃ ， 期 测量 精 度可 达 ± ． ℃； 以直接 输 出 ． 长 Ｏ ２ 可 作 者简 介 ： 张静 （９ １ ） ， 族 ， 北 保 定 １８ 一 女 汉 河 对应于波长变化的电信号 ，可同时对多个光纤光 人， 华北电力大学 ， 助工 ， 硕士， 主要研 究方向 ： 光 栅的反射波长进行解调 。 纤传 感技 术 。 ２结论 陈 于扬 （９ ６ ）男 ， 士研 究生 ， 要研 究方 １８ ， 硕 主 可调光纤 Ｆ Ｐ — 滤波器法精度高、体积小 、 价 现代 传 感与测 量技 术 。 格低 、 定 性好 ， 稳 适用 于 分 布式 测 量 ， 比较 理 想 向 ： 是 的解 调方 法 。
光纤光栅的传感、解调及复用技术
特点：突破了（最初方法）纵向驻波法对Bragg中心反射波长的限制写入效率明显提高，操作简单，促进了光纤写入技术的研究，得到广泛。
相位掩模的高级衍射波强度较弱，通常只考虑0级和±衍射波，在正入射情况下±1衍射波的强度相等。
衍射角)反射光谱()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧Δ⎯→⎯Δ⎯⎯→⎯⇒−+Δ+=Δ⎯→⎯==ΔP T B B B BT e B B λλλλεξαλλε001⎪⎪⎩⎪⎪⎨=ΔΔ=TB λε温度传感器和应变传感器以及补偿？传感信号的读取：解调…光纤光栅传感器的种类光纤光栅传感器利用光纤光栅温度、应变敏感的特性，通过传感头的设计/封装，可以测量各种物理参数：▲温度▲应变▲压力▲位移▲液位▲加速度▲气体含量▲弯曲▲…光纤光栅传感原理及应用光纤光栅（FBG）传感器传感应用光纤光栅传感器的特点1、材料优势：▼传感器体积小，重量轻▼耐化学腐蚀▼优异的耐疲劳特性▼传感器本质防爆▼适和应用于恶劣环境2、传感优势：▼光纤既是传感器又是信号传输媒介，抗强电磁干扰▼测点数多，可串，并联组网，可多参数测量▼长距离传输，可达40km▼可靠性高，在某个传感器失效情况下，其它传感器数据仍可有效测量光纤光栅传感器的应用光纤光栅产品健康安全监测应用领域▲航空航天（增强碳纤维复合材料健康监测，航天飞机温度和应变监测）▲舰船（结构健康安全监测，纤维增强塑料闸门实时监测）▲土木（建筑，桥梁，边坡，矿井结构安全监测）▲电力（开关柜、变压器、电缆沟/井安全监测）▲石化（油品计量，液位测量，火灾报警，海洋平台/油井温度和压力/应变监测）HUST轨道交通：地铁健康安全监测1、直流电源线支架安全监测；2、隧道壁压力监测；3、隧道内的火灾监测；4、高压动力电缆温度监测油田：地下油井健康安全监测1、压力监测；2、温度监测；光纤光栅传感器的应用海上石油钻井平台航空航天石化：海洋平台冰激安全健康监测> 5 mGeodetectPlatform Ballast Rails0,5 m0,25 m轨道交通：Arbois铁路地基变形监测石化行业：储油罐温度监测光源耦合器FBG传感器MPU System放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission ASE)宽带光源波长：1525nm-1565nm功率：20dBm(100mW)平坦度：小于2ASE宽带光源光源的主体部分是增益介质掺铒光纤(Erbium Doped fiber，EDF）和高性能的泵浦激光器。
光纤光栅静态解调仪使用说明书
武汉中地恒达科技有限公司企业标准ZDHD-QS-JS039-1.0-2020光纤光栅静态解调仪使用说明书2020-6-1实施本说明书由武汉中地恒达科技有限公司编制1.硬件设备说明1.1产品简介FBG-2000是武汉中地恒达科技有限公司研发设计的一款专用监测仪器，配套光纤光栅传感器使用。
专用于桥梁、隧道、大坝、边坡等的工程结构在线监测。
具有多种多功能、操作简单、接口方便，同时适合于用户进行二次开发。
产品采用了先进的技术路线，采集出带宽范围内的海量光谱点，并根据运算规则计算出光谱中峰值的中心位置。
同时结合了工程应用的需要。
系统既提供高精度的波长分辨率，又满足工程环境长期稳定运行的要求。
FBG-2000主机采用优化的数字逻辑进行电路运算处理，可以快速找到中心波长的位置。
同时采用光学标准具进行校准，保证系统温度测量的准确性和稳定性。
其主机设计包括的基本配置：扫描光源,光探测器，电路、软件处理、光路、电源等部分组成，系统最大化地集成了各个模块，使得各模块独立工作，又互相联系，保证了系统的良好的一致性，也方便了用户的使用维修。
钢筋计适用于长期埋设在混凝土结构物内部，测量结构物内部的钢筋应力。
1.2装箱清单光纤光栅解调仪主机x1铝合金包装箱x1电源线x1检测报告x1合格证x1使用说明书x1 1.3产品规格指标1.4产品内部结构示意图外接传感器光学系统电路系统工控机（windows）外接键、鼠、显示器与通讯网络1.5对外接口光纤FC 接口用于连接传感器网口对外通讯AC220V 电源口USB主要用于接鼠标键盘、U 盘VGA 或HDMI 主要用于内置工控机时接显示器1.6相比于同类产品的优势【设备信噪比高】下图为本产品与同行产品的对比，在外接相同传感器、相同条件下运行，本产品的波长白噪声约为±1pm，同行的产品白噪声达到±15pm（对外宣称指标为1pm精度）。
本产品的信噪比符合宣称指标并明显优于市场同类产品。
光纤传感原理与应用 尚盈 电子课件 第五章.光纤解调技术
5.2 波长解调 5.2.2 滤波解调法
5.2 波长解调 5.2.2 滤波解调法
5.3 频率解调 5.3.1 频率调制基本原理
s O 光学多普勒效应原理
5.3 频率解调 5.3.2光纤多普勒流速测量技术
5.3 频率解调 5.3.2光纤多普勒流速测量技术
光束1 光束2
前方散射形成的干涉条纹
5.3 频率解调
Ⅰ
三角函数象限图
5.4 相位解调 5.4.4 I/Q解调算法
5.4 相位解调 5.4.4 I/Q解调算法
5.4 相位解调 5.4.4 I/Q解调算法
5.5 偏振态解调
5.1 强度解调
强度解调的方案结构简单,适合短距离且信噪比要求不太高的场合,受激光器相位噪声影响较小。强 度解调过程如图5.1所示，先将光信号进行光学滤波,滤除中心波长以外的其他噪声，光电探测器将光信 号转成电信号,将获得的信号进行放大，然后将信号进行滤波，保证只将有用信号进行放大。
强度解调型FBG传感器是通过测量传感FBG的光强或光功率来解调被测参量的传感器,其传感系统 通常由光源、传感头、光信号传输器件和解调模块四部分组成，而解调模块中方案的选择直接决定了系 统成本的高低和系统的精度,是传感系统的关键部分。
在零差方式下,解调电路直接将干涉仪中的相位变化转变为电信号。零差方式又包括主动零差法 (Active Homodyne Method)和被动零差法(Passive Homodyne Method)。
外差方式包括普通外差法、合成外差法和伪外差法。
1.主动零差法
在主动零差法中,需要“主动”地控制干涉仪参考臂的长度,使得干涉仪工作在正交工作点处。常 见的主动零差法包括两种，即主动相位跟踪零差法和主动波长调谐零差法。
光纤光栅解调仪工作原理
光纤光栅解调仪工作原理【文章】光纤光栅解调仪工作原理1. 引言光纤光栅解调仪（Fiber Bragg Grating Interrogator）是一种关键光纤传感器，能够精确测量光纤光栅的物理量，并将其转化为电信号。
本文将深入探讨光纤光栅解调仪的工作原理，介绍其基本原理和应用领域，并分享我对其的观点和理解。
2. 光纤光栅解调仪的基本原理光纤光栅解调仪基于光纤光栅的原理工作。
光纤光栅是一种通过在光纤中形成周期性折射率改变的光学结构。
它可以将入射光束按照波长进行解析，产生谱线。
光纤光栅解调仪通过监测这些谱线的变化，实现对光纤光栅的解调和测量。
3. 光纤光栅解调仪的工作流程光纤光栅解调仪的工作流程可以分为以下几个步骤：3.1 入射光束的传输入射光束通过光纤传输到光纤光栅中。
光纤光栅的特殊结构使得入射光束与光纤内部的周期性折射率改变相互作用。
3.2 光纤光栅的反射与解调光纤光栅解调仪利用光栅的反射特性，将部分光信号反射回解调单元。
解调单元通过光学元件和探测器，将反射回的光信号转换为电信号，并进行处理。
3.3 信号处理与分析解调单元将光信号转换的电信号进行进一步处理和分析，获得与光纤光栅相关的物理量信息。
常见的物理量包括温度、压力、应变等。
解调单元会根据预先设定的算法和模型，将电信号转化为相应的物理量信息。
3.4 数据输出与显示解调单元将获得的物理量信息进行整理和计算，并将结果输出到数据终端。
通过数据终端，用户可以实时监测和分析所测量的物理量。
4. 光纤光栅解调仪的应用领域光纤光栅解调仪在多个领域具有广泛的应用。
以下列举几个典型的应用领域：4.1 结构健康监测光纤光栅解调仪可以用于结构健康监测，例如桥梁、建筑物、飞机等。
它可以实时测量和监测结构的应变和变形，提供重要的结构健康信息，确保结构的安全性和稳定性。
4.2 油气井与管道监测在油气井和管道领域，光纤光栅解调仪可以测量温度、压力和应变等物理量信息，实时监测油气井和管道的工作状态，提供重要的监控和预警功能。
光纤光栅传感系统解调方法概述
光纤光栅传感系统解调方法概述赵亚丽【摘要】光纤光栅传感系统的测量信息以波长编码的形式被解调系统接收,通过测量波长的移动得到传感信号的变化,波长编码信号的解调是光纤光栅传感系统工业化的关键技术之一.总结了目前出现的多种光纤光栅传感解调系统的工作原理,分析了各自的特点,重点分析了滤波解调法,并在此基础上展望了光纤光栅传感系统解调技术的研究方向.【期刊名称】《承德石油高等专科学校学报》【年(卷),期】2018(020)001【总页数】6页(P48-53)【关键词】光纤光栅;传感系统;解调【作者】赵亚丽【作者单位】承德石油高等专科学校工业技术中心,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【中图分类】TP212光纤光栅传感器是近年来迅速发展的光纤器件，其实质上是一种波长调制型传感器，其机理为通过外界参量对光纤光栅谐振波长的调制来获得传感信息。
传感信号的解调是光纤光栅系统中最为重要的环节，解调系统的优劣直接关系到整个传感系统的稳定性和精确性[1,2]，因此快速准确地检测光纤布拉格波长的微小变化，即对波长编码的信号解调成为光纤光栅传感器应用研究的重点问题。
光纤光栅传感信号的解调方式有强度解调、相位解调和波长解调等，这些方案各有所长，适用于不同传感系统的需求，其中波长解调具有中心波长处窄带反射，不必对光纤连接器和耦合器损耗以及光源输出功率起伏进行补偿等优点，得到了广泛应用[3]。
阐述了各种光纤光栅解调方案和原理以及特点，以期为光纤光栅传感器的工业应用提供参考。
1 常用光纤光栅解调方法波长解调技术的实质是对传感光栅的反射谱进行实时监测，分析出波长编码，为了在各种应用中能准确地解调出传感信号，通常将波长变化量转化为强度变化量和相位变化量，解调方法按工作原理可分为干涉法、色散法、衍射法、滤波法等几大类。
1.1 干涉法干涉解调是将光纤光栅波长偏移量转化为相位变化来检测被测波长，主要包括Michelson干涉法、M-Z干涉仪法和Sagnac干涉仪法。
光纤光栅传感器信号解调方法综述
光纤光栅传感器信号解调方法综述王其富;乔学光;贾振安;高宏;王向宇【摘要】当光纤光栅传感器上的温度或应力发生变化时,布拉格反射波长也随之发生漂移,根据这个漂移量便可判断待测量大小,因此,人们提出了许多解调方法.文章论述了几种常用的光纤光栅传感器信号解调方法,分类评述了这几种方法的工作原理和性能,分别给出了其典型的实验原理图,并对其优点和缺点进行了分析比较.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2006(000)003【总页数】4页(P67-70)【关键词】光纤布拉格光栅;解调;传感;综述【作者】王其富;乔学光;贾振安;高宏;王向宇【作者单位】西安石油大学,陕西省光电传感测井重点实验室,陕西,西安,710065;西安石油大学,陕西省光电传感测井重点实验室,陕西,西安,710065;西安石油大学,陕西省光电传感测井重点实验室,陕西,西安,710065;西安石油大学,陕西省光电传感测井重点实验室,陕西,西安,710065;西安石油大学,陕西省光电传感测井重点实验室,陕西,西安,710065【正文语种】中文【中图分类】TN253温度和应力是直接影响光纤光栅布拉格反射波长的主要物理量，当光纤光栅传感器上的温度或应力发生变化时，布拉格反射波长也随之发生漂移，根据光纤光栅布拉格反射波长的漂移量便可判断待测量大小。
因此，人们提出了许多解调方法检测光纤光栅布拉格反射波长的微小漂移量，这些方法大致可分为滤波法、干涉法和可调谐光源法等。
1 光纤光栅信号解调方法1.1 滤波法1.1.1 高折射环形镜边缘滤波法[1]边缘滤波法是利用特定滤波器将光纤布拉格光栅(FBG)传感器反射信号光频率漂移转化为强度调制的方法。
高折射环形镜边缘滤波法，如图1所示，其基本原理是利用环形镜滤波器的双光束干涉原理使其透射光谱函数为正弦函数，用透射谱的线性段作为边缘滤波器进行解调。
高折射环形镜的作用是利用环形镜透射光谱和反射光谱的线性段与布拉格反射光进行卷积。