基于可调谐F—P滤波器的光纤光栅波长解调算法研究

南京邮电大学硕士学位论文基于F-P滤波器的光纤光栅传感解调技术的研究姓名：王杰申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：黄勇林2011-03-09摘要光纤光栅（fiber grating）作为最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一，在传感方面的应用研究引起了人们普遍的关注。

作为传感器件，光纤光栅把被测参量的信号转化为其反射波长的偏移，既波长编码，因此可以不受光源的功率波动和系统损耗的影响。

而如何对波长编码信号进行高精度的解调，是光纤光栅大规模推广和应用于实际的关键技术。

本文主要对光纤Bragg光栅（FBG）传感系统进行研究，重点讨论了基于F-P滤波器的解调方案，在其基础上提出了基于F-P滤波器的自相关解调法，并在其基础上进行了改进。

首先，分析了光纤传感器和光纤光栅传感器的技术特点，研究了光纤光栅传感器的现状以及其发展趋势，从光纤光栅和光纤光栅传感器的基本理论入手，建立了光纤光栅在温度和应力的影响下的传感模型。

分析了可调谐F-P滤波器的基本原理以及主要参数，并通过数值仿真，得到不同参数对可调谐F-P滤波器的影响，从而为可调谐F-P滤波器的选择提供了理论依据。

其次，分析并比较了光纤Bragg光栅传感网络的几种复用技术与常见的解调方案后，提出了可调谐F-P滤波器法。

研究了可调谐F-P滤波器法的基本原理，通过理论的分析以及相应的数值仿真，得到了探测器接收光功率与可调谐滤波器带宽之间的关系以及探测器的测量灵敏度曲线。

在基本原理的基础上，重点研究了基于可调谐F-P滤波器传感阵列，研究表明，当相邻光栅工作波长的间隔小于0.4nm时，会对解调系统的输出产生严重的影响，使得解调工作无法完成。

该研究对解调系统中光栅的选取有着一定的指导意义。

最后，针对可调谐F-P滤波器解调的不足，提出了基于F-P滤波器的自相关解调法，分析了其解调性能，并在其基础上进行了算法的进一步的改进，最后通过Matlab进行了数值仿真，验证了该方案不仅能够消除系统中相邻Bragg光栅波长选取对系统输出的消极影响，还能在很大程度上减小自相关解调带来的时延。

3香港研究资助局(R GC )资助项目(Po lyu 5123 97E )。

33黑龙江大学理学院物理系,哈尔滨150080。

收稿日期∶1999206208;收到修改稿日期∶1999207219第27卷　第12期中　国　激　光V o l.A 27,N o .12　2000年12月CH I N ESE JOU RNAL O F LA SER S D ece m ber ,2000基于可调F 2P 滤波器的光纤光栅传感器阵列查询技术3余有龙33　谭华耀　锺永康(香港理工大学电机工程系)提要　利用可调F 2P 滤波器对四个光纤光栅组成的传感器阵列进行波长扫描,借助示波器和探测器对滤波光束的时序分布进行观察,实现地址查询。

比较波长漂移前后传感阵列的反射谱,可用于解调,实验结果与预期值基本一致。

选用反射率相差悬殊的光栅作传感元,有利于增加测量范围。

关键词　光纤光栅,传感器阵列,查询技术1　引　言 对普通光纤传感器的研究已经有二十多年的历史了,该技术由于信噪比有限且不易进行节点式传感而未完全实用。

光纤光栅(FBG )传感器不仅可以克服上述缺点,而且由于采用波长编码,传感结果不受光源功率以及光路中连接损耗的影响;不同传感元间通过复用可进行网络化操作,因此该类传感器将更具实用性。

FBG 传感元的信号经波长解码后可以确定被监测物理量的变化情形;而对FBG 传感器阵列来说,需要解决的不仅只有解调技术,还必须结合适当的查询方法,以便确定是哪个传感元附近被测量发生了多大程度的变化。

光纤光谱仪是实验室中常见的用来检测FBG 传感器传感信号的仪器,然而该设备过于昂贵,使得FBG 传感系统难以让人接受,所以发展成本低、结构简单的查询、解调技术将是FBG 传感系统走向实用化的关键。

目前已报道的查询方法很多[1～6],其中Kersey [1]和D avis [6]提出的基于可调F 2P 滤波器的查询技术可算得上FBG 传感技术的突破,他们对各传感元的波长地址通过F 2P 的驱动电压进行定标。

《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言随着现代科技的快速发展，光纤传感技术已经成为许多领域中的关键技术之一。

其中，光纤光栅（FBG）传感技术以其高灵敏度、高精度和长期稳定性等优势在许多应用领域得到了广泛应用。

FBG传感解调技术是FBG传感技术的重要组成部分，它直接影响着传感器的测量精度和响应速度。

可调谐F-P（法布里-珀罗）滤波原理为FBG传感解调技术提供了新的思路和方法。

本文旨在研究基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，以提高FBG传感器的性能。

二、可调谐F-P滤波原理可调谐F-P滤波器是一种利用多光束干涉原理制成的光学器件，通过改变内部空气腔的长度来改变透射光波长，实现滤波功能。

其基本原理是利用两反射面之间的多光束干涉，使得特定波长的光能够通过滤波器，而其他波长的光则被反射或吸收。

可调谐F-P滤波器具有高分辨率、高消光比和快速调谐等优点，因此在光纤通信、光谱分析和光学测量等领域得到了广泛应用。

三、FBG传感解调技术FBG（光纤光栅）是一种利用光纤中的光栅效应制成的传感器，它可以实现对温度、应力、振动等物理量的测量。

FBG传感解调技术是利用光栅的波长编码特性，将物理量的变化转换为光信号的波长变化，再通过解调器将光信号转换为电信号，从而实现物理量的测量。

FBG传感解调技术的关键在于如何准确、快速地获取光栅的波长变化信息。

四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，是将可调谐F-P滤波器与FBG传感器相结合，通过调整F-P滤波器的透射波长，使得F-P滤波器的透射光谱与FBG的反射光谱相匹配，从而实现对FBG波长变化的测量。

该技术具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强等优点，能够有效提高FBG传感器的性能。

五、实验研究本文通过实验研究了基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术。

实验中，我们首先制作了FBG传感器和可调谐F-P滤波器，然后将其相结合进行实验测试。

《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，光纤传感技术因其高灵敏度、抗电磁干扰等优点，在众多领域得到了广泛的应用。

其中，光纤布拉格光栅（FBG）传感技术因其独特的光学特性，在结构健康监测、航空航天、医疗等领域中扮演着重要的角色。

本文将针对基于可调谐F-P（Fabry-Perot）滤波原理的FBG传感解调技术进行研究，探讨其原理、应用及发展前景。

二、可调谐F-P滤波原理可调谐F-P滤波器是一种基于光学干涉原理的器件，其工作原理是通过改变腔长或介质折射率来调整透过光的波长。

当F-P滤波器与FBG传感器的反射光谱进行相互干涉时，通过对光谱的分析和检测，可以实现FBG的传感解调。

三、FBG传感原理FBG是光纤布拉格光栅的简称，是一种利用光纤材料的光学特性制成的传感器。

当外界物理量（如温度、压力等）发生变化时，FBG的反射光谱会发生相应的变化。

通过检测这种变化，可以实现对物理量的测量和监测。

四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，是通过将可调谐F-P滤波器与FBG传感器相结合，实现对FBG反射光谱的精确测量和解析。

该技术具有高灵敏度、高分辨率、高稳定性等优点，在许多领域具有广泛的应用前景。

五、技术应用及实验研究（一）技术应用基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术可以应用于结构健康监测、航空航天、医疗等多个领域。

在结构健康监测方面，可以通过监测FBG传感器反射光谱的变化，实现对结构损伤的实时监测和预警；在航空航天领域，可以用于飞行器的压力、温度等参数的监测；在医疗领域，可以用于生物传感、生物医学成像等方面。

（二）实验研究实验研究表明，基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术具有高灵敏度和高分辨率。

通过改变F-P滤波器的腔长或介质折射率，可以实现对FBG反射光谱的精确测量和解析。

同时，该技术还具有较好的稳定性和抗干扰能力，可以在复杂的环境下进行精确的测量和监测。

《基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术的研究》篇一一、引言在当代传感技术中，光纤传感因其非接触式测量、抗干扰性强和可长距离传输等特性得到了广泛应用。

特别是基于光纤布拉格光栅（FBG）的传感技术，因其高灵敏度、高分辨率和可重复性，在众多领域中扮演着重要角色。

本文将重点研究基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术，分析其工作原理及在应用中的优势。

二、可调谐F-P滤波器的工作原理可调谐F-P（Fabry-Perot）滤波器主要由两块高反射率膜和光学谐振腔构成。

其工作原理是基于两个平行镜面之间的干涉现象。

当入射光照射在滤波器上时，满足一定波长范围的光将在腔内反复发生反射并相互干涉，从而实现特定的光谱筛选。

三、FBG传感器的解调原理FBG是一种用于光波长调制和测量的器件，其核心原理是布拉格光栅效应。

当光波通过FBG时，特定波长的光会被反射并形成布拉格光栅，而其他波长的光则通过。

通过检测反射光的波长变化，可以获得外部物理量的变化信息。

四、基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术结合可调谐F-P滤波器与FBG传感器，该技术能够实现高效、精准的FBG解调。

在系统中，可调谐F-P滤波器通过调整其工作波长，与FBG传感器中的布拉格光栅进行匹配，从而实现对FBG传感器输出信号的精确解调。

五、技术应用及优势分析1. 精确度高：通过精确调整可调谐F-P滤波器的波长，可以实现高精度的FBG解调。

2. 动态范围广：该技术可应用于多种不同物理量的测量，如温度、压力、应变等。

3. 抗干扰能力强：光纤传感器的非接触式测量和抗电磁干扰特性使得该技术在复杂环境中具有更好的稳定性。

4. 易于集成：该技术可以与其他光纤传感器和光纤网络系统进行集成，实现大规模的分布式测量。

六、应用前景与展望基于可调谐F-P滤波原理的FBG传感解调技术在工业、军事、医疗、环保等领域具有广泛的应用前景。

随着科技的发展和需求的提升，未来该技术将更加成熟，解调速度和精度将进一步提高，应用范围将进一步扩大。

基于F—P滤波器的光纤光栅解调系统设计作者：张佳鹏曹桂芳杨莹周晓旭来源：《数字技术与应用》2016年第03期摘要：本文基于F-P滤波器搭建了一个光纤光栅传感解调系统，系统采用高斯多项式拟合算法进行中心波长的寻峰。

通过对置于同一恒温箱中两个高精度温度光纤光栅传感器的解调实验研究表明系统稳定性较高，分辨率可以达0.1pm。

高斯多项式拟合算法可以准确找到中心波长位置，波长稳定性在±0.1pm以内，测温精度可达±0.2℃，整个系统可以满足工程要求。

关键词：F-P滤波器高斯多项式拟合解调中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）03-0000-00自1989年Morey首次使用光纤光栅进行应变和温度传感以来，光纤光栅的传感应用引起了世界范围内的高度重视，并且取得了长足的进步。

光纤光栅传感器与传统的机械或者电子传感器相比，具有灵敏度高、抗电磁干扰强、质量轻、耐腐蚀、电绝缘性能好等优点，因此其在石油工业、桥隧结构、航空航天、电力等领域得到了广泛的应用。

[1-2]传统的FBG传感器常采用高斯切趾的均匀光纤光栅，其反射谱近似为高斯型，因此本文设计了一种基于可调谐F-P 滤波器的光纤光栅解调系统，系统采用高斯多项式拟合算法进行反射谱的寻峰，进而确定光栅传感器的中心波长。

本文通过将两个高精度温度光纤光栅传感器置于同一恒温箱的解调实验来研究光纤光栅解调系统的精度、稳定性以及高斯多项式拟合的准确度。

1 高斯多项式拟合高斯多项式拟合算法就是对采集的数据进行高斯多项式变换，采用一般多项式拟合法进行曲线拟合来确定峰值位置。

光纤光栅的反射光功率密度谱曲线用高斯函数近似表示为：？？？？（1）式中I0为反射谱强度I的幅值，λB为光栅的布拉格波长，ΔλB为反射谱的3dB带宽对式（1）两边分别取对数，得令：则式（1）变为？（2）式（2）为典型的二次多项式拟合形式。

按照最小二乘法，式（2）的偏差平方和S为？？？（3）当S取最小时，可计算出光纤光栅反射谱对应的中心波长为？？？？？？（4）2 光纤光栅解调系统设计宽带光源发出的入射光经过光隔离器和耦合器进入光栅阵列。