红外ccd在光纤光栅解调系统中的应用研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文光纤光栅在光纤通信、光纤传感等领域的应用研究也成果不断。由于光纤光栅传感器可以应用于一些传统的电传感器所不能应用的领域，光纤光栅传感器的应用前景也十分广阔畸1，如油田、天然气田及煤田等，用于探测储量及地层状况等。另外，光纤光栅传感器还提供了一种用于公路及桥梁、建筑、堤坝的健康监测的方法，而且也可以为监测交通工具的速度、载重及种类提供很重要的数据。这种传感器的测量精度可以达到几个微应变级，具有很好的可靠性，可实现动态测量，采用分布式埋入可以监测整个桥梁或建筑物的健康状况，从而防止工程及交通事故的发生。1．2光纤光栅传感解调技术1．2．1光

2、纤光栅传感解调技术简介光纤光栅传感器的信号解调是光纤光栅传感系统真正的核心部分呻1。传感过程中光纤光栅的传感信息以波长编码的形式被解调制系统接收，通过波长解调制得到传感信号的变化情况。因而传感光栅中心反射波长的跟踪分析又是解调系统的核心部分，很大程度上决定了解调系统的分辨率、可靠性和成本。进入90年代以来，人们提出了多种光纤光栅传感解调制方案，不同方案所采用的技术手段、实验方法也各不相同。滤波解调制技术是比较主要的技术方案口’8’91，它包括多种方式来解调制光纤光栅，所采用的滤波器包括传统的体滤波器、可调声光滤波器、光纤光栅滤波器、可调光纤Fabry．Pero

3、t(F．P、)滤波器等。滤波解调制技术的特点是实验装置简单，操作方便，其测量分辨率主要取决于滤波器的性能。采用体滤波器的光纤光栅传感解调制方法的应变测量范围为．5500肛e～+5500fie，静态应变分辨率为375／ze。Davis和Zhang等人用波长依赖的波分复用器(WDM)取代大块的体滤波器，将应变分辨率提高到±5∥占，温度分辨率达±0．50C。Ribefio和Coroy则分别利用双锥状(Biconical)的光纤滤波器和量子阱电子吸收滤波器取代体滤波器进行传感测量。可调声光滤波器的解调制方法有很宽的调谐范围，比较适合于动态或准静态应变传感以及复用传感系

4、统。Xu等人采用可调声光滤波器对FBG的透射谱进行滤波，研究FBG的温度传感特性。匹配光栅滤波器解调制方法利用光纤光栅匹配滤波检测技术。使用两两相同的光纤光栅，其一作为传感2武汉理工大学硕士学位论文器，另一个作为解调制滤波器，这种方法的应变测量分辨率可达4．12“e。而后，Davis改用匹配光栅串对传感光栅串滤波，通过测量透射光谱，实现波长检测。利用可调谐F-P腔滤波器解调制技术在四个光栅组成的阵列探测中，可得瓤e的应变分辨率，只有一个光栅时，其最小分辨率小于0．3#e。Davis等人对该技术进行了改进，使这一技术更加实用化。这种解调制方案的关键是高性能的F-

5、P腔解调制滤波器，其性能高低直接决定了传感系统的分辨率。此外，Davis等人提出了利用傅立叶变换光谱技术进行传感波长解调制的方法，而Chan等人则将时域反射技术与调谐滤波器相结合实现波长解调制。可调谐光源解调制法也在被广泛的研究n0’“’12

6、。Ball等人利用定标后的可调激光器作为FBG传感器光源，当光源的输出波长与某一FBG布喇格波长相等时，探测器上会接收到对应波长强烈的反射信号，从而实现波长检测。这一技术的波长分辨率可达2．3pm，温度分辨率可达0．2。C。缺点是激光器工作的稳定性不理想，在一定程度上限制了该方案朝实用化发展。SeokH．Y等人也提出了利

7、用扫描光纤激光器解调制光纤光栅传感器阵列的技术，所用光纤激光器波长扫描范围为28nm，得到应变测量分辨率为0．47∥erms，其中取样频率250Hz。LissakB．等人和PutnamM．A．等人采用锁模光纤激光器作为光纤光栅传感器光源，在3kHz频率下，动态应力测量的灵敏度为45pe／√舷。在现有的各种解调制技术中，干涉检测技术的波长分辨率最高n3’1钔。Kersey等人用非平衡马赫一曾德尔(M-Z)光纤干涉仪作波长检测器，对传感光栅发生的波长漂移进行解调制。这一技术具有极高的波长分辨率，在频率为500Hz的动态情形下应变分辨率为0．6nstram／√舷，时

8、分复用传感的应变分辨率为2ns护am／4Hz(10Hz的动态情况下)，采用相同实验装置的光纤光栅激光传感器在7kHz的频率下可以达到0．6×10巧ge／√舷的应变分辨率，可以用于高灵敏度的声压检测。但该方法仅局限于测量动态应变，不适用于对绝对应变的测量。Kersey等人还加入参考光栅(处于恒温状态下)，参考信道与探测信道(传感光栅的反射光中用来与参考信号干涉的信道)构成M—z干涉仪的两臂。该系统在微扰频率为1Hz时的应变分辨率为6×10～∥￡／√舷。Davis等人则采用Michelson光纤干涉仪配置，利用快速傅立叶变换来分析各传感元的光谱变化，得到的波长分辨

9、率为0．015nm。此外，Y．Hu等人