可调谐DFB激光器动态扫描的FBG解调系统研究

作     者：李乔艺 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊燕玲

授予年度：2015年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：光纤布拉格光栅 解调 寻峰算法 传感技术 

摘      要：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1547552nm、相对误差为0.26%，符合FBG应用的行业标准。