可调谐DFB激光器动态扫描的FBG解调系统研究

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光纤布拉格光栅(FBG)传感器以其独有的波长编码和易构成准分布式传感网络的特性,受到广泛的关注和应用。但现有的FBG传感解调方法大部分是将波长转化为强度、相位等其它物理量来测量,受传输损耗和光功率波动等因素影响严重,而直接波长解调的系统则较少,还存在集成度不高、价格昂贵等问题,阻碍了FBG在实际工程中的应用。因此,本文建立了一套FBG直接波长解调系统,该系统具有便于集成、成本低、稳定性好等优点,能够满足实际应用的需要。首先,本论文基于FBG传感器的基本工作原理,利用分布式反馈(DFB)激光器的波长调谐特性与固定Fabry-Perot标准具的波长选择特性,设计了一种基于可调谐DFB激光器动态扫描的FBG波长解调系统方案,并从理论上说明了该方案的原理以及可行性。然后,在理论研究的基础上,搭建了基于可调谐DFB激光器动态扫描的FBG波长解调系统的实验平台,重点研究了可调谐DFB激光器的波长扫描特性与固定Fabry-Perot标准具的特定波长透射特性,研究发现:由于DFB激光器并非是理想地线性波长扫描,导致输出峰值间隔不等的Fabry-Perot标准具透射谱,而利用二次多项式拟合波长与扫描时间点的拟合度达到0.999以上。同时,针对FBG与Fabry-Perot标准具的光谱特点,研究了现有的寻峰算法,提出先直接寻峰后高斯拟合的方法来处理FBG与Fabry-Perot标准具的时域信号,结合二项式拟合算法,建立了该系统的完整解调算法;并采用C语言和LabVIEW联合编程的方式,编写出该系统的数据处理程序,对由实验平台采集到的时域信号进行数据读取、算法处理、结果显示,该程序具有便于操作的交互式数据处理界面,且易于后续的开发与优化。最后,经过标定试验的研究得出,该系统的分辨率为1pm、测量精度为±10pm、测量范围为1547~1552nm、相对误差为0.26%,符合FBG应用的行业标准。
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