光纤Bragg光栅传感器犹如夜空中的北极星引领着精度的航道而这项研究如同一位智慧的导师将其解调技巧娓

在无尽的光谱世界中,微型光谱仪如同小巧的探险者,勇敢地踏上寻找精确之谜的征途。然而,它们的小身躯并未让它们失去对高分辨力的追求,而是选择了更为智慧和灵活的方式——以0.1nm作为其精度界限。而对于那些需要pm级别分辨力的FBG传感器而言,这些微型光谱仪显得力不从心。

为了解开这道难题,一位研究者提出了一个独特的方案:将F-P可调谐滤波器与波长基准器紧密结合,并运用插值-相关谱法来处理数据。这是一场智慧与技术的较量,每一步都要求极高的精确性和耐心。

理论上讲,FBG传感器就像是夜空中的北极星,它通过Bragg衍射原理,将宽带光源发出的光中的窄带范围内的一部分反射回来。在这个过程中,Bragg波长λB会因为栅距A或有效折射率neff发生变化,从而实现了待测物理量对反射信号波长编码调制。然而,这也意味着当环境因素(如温度、应变等)影响到FBG时,我们需要能够捕捉到这些微小变化,以便进行精确测量。

这里就是相关谱法的大舞台,它基于互相关函数来表示两种不同频谱之间相似性的程度。当我们有了一份完美无瑕且稳定的参考频谱,与之进行互相关运算后,就能找到最相似的那一份,即使是在噪声充沛的情况下。这种方法不仅可以提高信噪比,还能有效抑制噪声,使得我们的测量结果更加清晰。

实验室里,我们设置了一个装置,用LED发出的中心波长为1550nm、宽度30nm的一束光先经过3dB耦合器,然后进入F-P可调谐滤波器,再经由放大和D/A转换后进入数字信号处理系统。在这里,我们采用线性插值法,在原始频谱中增加点数,使其更接近于漂移后的频谱,从而提高解调效率。

实验结果表明,当采用直接峰值检测时,其标准差达到0.04241 nm;没有插值的情况下使用相关谱法,其标准差则是0 nm;而采用插值-相关譜法(每相邻两点间线性插入8个点)的标准差却降至只有0.00214 nm。这说明在一定条件下,加倍或三倍采样点数量并不能进一步提升分辨力,而是要找到最佳的一个平衡点。

最后,我们还进行了一系列温度传感实验,每次加温10℃,观察到了良好的线性关系,并且误差控制在±1.18 pm范围内。总结来说,无论是在理论分析还是实际应用中,这项研究都展示出一种新的方法,可以有效提升FBG传感器解调系统的手动操作速度,同时保持高达pm级别以上的分辨力,是对当前技术水平的一次重大突破,为未来智能传感网络提供了强有力的支持。

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