基于FPGA的FBG波长动态实时解调系统

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:algenesis
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相比于其它传感器,光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、电气绝缘以及传输距离远等诸多优点。FBG传感器实用化的关键在于精确检测FBG反射波长的微小偏移量,即对FBG波长信息进行解调。可调谐F-P滤波器(Tunable F-P Filter,TFPF)解调法是目前实际应用广泛的解调方法之一,但由于F-P腔的温度漂移特性以及其驱动元件固有的非线性,很大程度上影响了系统的FBG波长检测精度。研究并设计出低成本、高精度、实时的FBG波长解调系统具有重要的现实意义。为减小可调谐F-P滤波器的温度漂移特性及其驱动元件的非线性带来的误差,本文研究了 FBG波长动态实时校正技术,分析并比较了串联型和并联型两种校正方案,提出了一种改进型的串联实时校正方案。设计了内部温度稳定且分布均匀的参考光栅模块,利用参考光栅模块中的4支参考FBG,来实时校正可调谐F-P滤波器透射波长与其驱动电压的函数关系,提高了系统的解调精度。搭建了基于可调谐F-P滤波器的FBG波长动态实时解调系统,光路单元包括宽带光源、可调谐F-P滤波器、参考光栅模块、传感光栅阵列等。设计了以 FPGA(Field Programmable Gate Array)为核心的电路单元,以及 A/D转换电路、D/A转换电路和人机交互电路。将数据采集单元、FIR滤波单元、分峰截幅单元、寻峰定位单元、TFPF驱动单元、数据计算单元和人机交互控制单元等电路集成在FPGA芯片内部,保证了系统的实时性。利用实时校正后的透射波长与驱动电压函数关系,对传感光栅阵列进行多次解调。实验结果表明,采用基于FPGA的FBG波长动态实时解调系统的最大误差为±3pm;相比于已报道的串联实时校正方法,本文设计解调系统的FBG波长测量精度提高了 70%;相比于直接读取电压值法,该解调系统的测量精度提高了 83.3%。
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