布拉格光纤解调仪的峰值探测与处理

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布拉格光纤光栅自从20世纪70年代末出现以来,由于其良好的滤波特性和灵敏的温度及应变响应,已经在光纤通信、传感和测量领域取得了广泛应用。特别是用于一些重要物理参数(如应变、温度、压力等)的测量。本文将介绍光纤布拉格光纤理论以及布拉格光纤传感器的基本工作原理。当满足布拉格条件时,每个光栅平面反射回来的光逐步累加,最后会在反向形成一个反射峰,它的中心波长总是随着外界环境参数的变化而变化的。因而我们需要探测出波峰的位置以及变化的位置,本文介绍了峰值探测的三种方法,Fourier变换算法,阈值Fourier变换算法和带宽阈值探测法。并对这三种方法进行比较,分析了它们的效率和适用范围。获得扫描数据的波峰位置后,我们还需要确定它们对应的中心波长值,然而扫描电路稳定性、扫描电压的线性度和探测器周围的温度变化将影响到了中心波长的线性关系,因此需要对获得的扫描数据位置进行修正。对此本文详细介绍了两种数据修正方法:双光纤修正和三光纤修正,经过修正的数据远比修正前的稳定性高。我们采用的方法是利用参考光纤的中心波长和在扫描数据中的位置,通过插值法求出探测光纤的中心波长。最后是建立数据库,我们通过采集多个温度值下的中心波长,建立一个温度、压力和中心波长的二维表格,可以通过探测到的中心波长获得当时传感器周围的温度和压力值。将中心波长解调为相应温度或压力的方法有两种,我们使用的是最小二乘拟合法,另一种为插值法。本文使用软件为Labview语言设计程序完成操作。
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