基于磁光晶体波长计校准的高精度光纤光栅解调仪的研究

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当前,在建筑安全、石油化工、航空航天等领域中,光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器由于其抗电磁干扰、防水防尘、重量轻等优点得到了广泛运用。光纤光栅的解调是光纤传感器的关键技术之一,其解调精度决定了FBG的最终测量误差。高精度的光纤光栅解调仪通常采用波长可调谐激光器作为光源,在一定波长范围内快速调谐并保持光功率恒定。经由光电采集模块和主控系统计算构建FBG的反射谱,解调出FBG的中心波长。但在可调谐激光器的高速扫频输出中,波长的抖动和漂移难以避免,使得解调仪构建的反射谱出现偏移,导致了解调误差,降低了测量精度。目前已有的波长校准的方案,存在着价格昂贵,设备复杂等问题,难以实现广泛的工程化应用。因此,本论文提出一种结构简单、响应速度快的,基于根据磁光晶体波长计校准的高精度光纤光栅解调仪。本论文的研究和工作内容包含以下几个方面:1.介绍了已有的国内外主要的光纤传感领域的发展和一些成熟的光纤光栅的解调技术。对一些针对可调谐激光器输出光波长抖动和非线性输出问题的校准技术进行了分析,提出了在解调系统中结合基于法拉第磁致旋光效应的波长计的校准方案。2.对光纤光栅的传感原理做了分析介绍。介绍了基于法拉第磁致旋光效应的波长校准原理。对方案进行了分析和讨论,研究了其工作特性,为实验的研究工作提供理论支撑。3.确定了波长校准模块和传统基于可调谐激光器的解调仪结合的系统的方案,完成包含波长校准模块和总控模块光路、电路的设计和搭建工作。4.介绍了系统的软件设计,完成对温控PID算法的整定调试,搭建uC/OS系统,分配系统任务。分析并确定了波长校准,寻峰拟合的算法。5.进行了系统各模块性能的测试实验,经对比实验验证,在结合了磁光晶体的波长计的校准后,相比于未经校准的解调系统,精度和稳定性得到了提升。新的解调系统测量精度可以长期稳定在±1pm以内,其对应的温度分辨率也达到了±0.1℃。
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