光纤Bragg光栅传感器正如一位忠实的守护者用其精准无比的解调方法守护着每一个微小变化

在追求精确度的征途上,我们有幸踏上了一段探索光纤Bragg光栅传感器解调方法的旅程。这些微型传感器,宛如忠实守护者,用其高精度的解调技术守护着每一个细微变化。

首先,让我们深入了解这颗信使——光纤Bragg光栅(FBG)传感器。它以其独特之处被广泛应用于各种领域。当外界参数,如温度或应变,对该传感器产生影响时,Bragg波长会发生漂移,这便是我们需要测量的关键信息。然而,现有的设备虽然体积小、价格便宜,但它们只能提供0.1nm级别的分辨力远远不足以满足我们的需求。

为了克服这一难题,我们提出了基于F-P可调谐滤波器和波长基准器的一种处理技术,即插值-相关谱法。这是一种巧妙的手法,它通过在原始光谱中线性插入点,然后利用相关谱法来获取Bragg波长漂移量。在这个过程中,不仅有效地抑制了噪声,而且能够精确测量到外界参数的变化,从而实现高精度测量。

接下来,让我们走进理论之门,看看这种方法如何运作。在FBG中,由于栅距A和有效折射率neff之间存在特殊关系,当这些因素受到改变时,被反射回来的窄带光谱范围内的中心波长也会随之改变。这就像是将待测物理量编码到了反射信号中的波长上,可以通过实时监测这种变化来获得所需信息。

然后,我们进入实验室,将原理付诸实践。在这里,我们使用了互相关函数来分析两个不同时间点采集到的光谱数据。这项技术利用了两个相似分布之间最大的重叠区域,即当x(i-j)与Y(i)的重叠最大时取得最大值,从而得出Bragg波长漂移量。此方法不仅提高了分辨率,还减少了噪声干扰,使得更为精确地捕捉到了待测物理量的小幅变动。

最后,在实际操作中,我们发现无论是峰值检测法还是直接求峰值,都存在一定程度上的误差。而采用插值-相关谱法后,再结合线性插值,每相邻两点间增加8个新点,就能显著提升系统性能,使得标准差降至极低水平,只有0.00214 nm,这几乎达到了理想状态。此结果表明,在某些条件下,最适合的情景是在每相邻两点间添加12个新数据,以达到最佳效果,并且进一步验证了理论模型对实际应用具有指导意义。

总结来说,本文成功证明了一种新的解调方法,该方法结合F-P可调谐滤波器、线性插值和相关谱法,可以实现高达1 pm级别的分辨力,同时在温度传感实验中展示出了±0.2℃左右的心准度,为未来研究提供了宝贵见解。

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