基于阵列波导光栅的分布式光纤光栅温度解调系统研究

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光纤布拉格光栅传感器(Fiber Bragg Grating,FBG)是一种新型的光无源器件,在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面具有独特的优势,可以用来测量应变、温度、压力以及一切可以转换为应变或温度的量。光纤布拉格光栅传感中的信号解调技术仍然是研究的难点和热点,常用的光纤布拉格光栅解调方法有分布式匹配光栅滤波解调法、非平衡Mach-Zehnder干涉仪解调法、光纤光栅激光传感器阵列法、可调谐光栅F-P滤波器法。常规光纤布拉格光栅解调系统体积大、价格昂贵等限制了其推广应用领域。基于阵列波导光栅(Arrayed Wave guide Grating,AWG)的光纤光栅解调方法是极具潜力的一种新型光纤布拉格光栅解调方法,具有精度高、解调速度快等特点。  本文对基于阵列波导光栅的光纤光栅解调系统进行了研究。在分析了光纤光栅温度传感原理和比较了几种常见的光纤光栅解调方法优缺点的基础上,提出了一种采用阵列波导光栅的光纤光栅环境温度信号的解调方法;设计了光纤光栅温度解调系统的光路,包括光源、隔离器、耦合器、光电探测器和阵列波导光栅;设计了光纤光栅温度解调系统的电路,包括调理放大电路和数字信号处理DSP电路、LCD显示电路;采用了TI公司的32位浮点DSPTMS320F28335作为系统的数据处理器,搭建了高精度、高灵敏度的阵列波导光栅温度解调实验平台,采用光强法对传感器所处环境温度进行解调,并在此基础上提出了一种用于智能服装中的阵列波导光栅解调系统温度补偿方法。该算法有效地提高了应用于智能服装中人体温度测量的阵列波导光栅解调系统精度;搭建了实验平台,通过实验测得该解调系统的温度灵敏度为0.25733dB/℃,解调温度误差不大于±0.1℃,达到了预期设计要求。  本文所设计的基于阵列波导光栅的分布式光纤光栅解调系统具有测量准确、成本低、实时监测等优点。由于采用了非芯片结构化设计实现了具有高线性度的阵列波导光栅解调系统的温度补偿方法,得到了带有温度补偿的阵列波导光栅温度解调公式,使解调精度得以提高。该解调系统在医疗、军事、体育、航空航天等领域具有广泛应用前景。
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