在追求更高精度的传感技术领域,微型光谱仪作为新兴的研究对象,其体积小、价格便宜,但由于光谱分辨力仅有0.1nm,这远远不足以满足对光纤Bragg光栅(FBG)传感器解调所需的pm级分辨力。为了克服这一限制,本文提出了一种基于F-P可调谐滤波器和波长基准器,结合插值-相关谱法的高精度解调方法。
首先,我们回顾了FBG传感器的工作原理。通过Bragg衍射原理,当宽带光源发出的光入射到FBG中时,FBG会反射出与其栅距和有效折射率相关的特定波长。当外界参量如温度或应变引起栅距或有效折射率变化时,反射波长也会发生相应变化。因此,通过实时监测反射波长偏移,可以获得待测物理量变化。
接下来,我们介绍了插值-相关谱法原理。这一方法利用互相关函数来表示原始频谱与漂移后频谱之间的相似性。在实际应用中,由于FBG传感系统中的光谱通常具有类似高斯分布,因此可以通过比较两个频谱之间的一致性来确定Bragg波长漂移量。实验结果表明,该方法不仅能够有效抑制噪声,而且能够提供更高精度的Bragg波长漂移量测量。
为了进一步提高系统性能,本文还提出了线性插值技术。在原始光谱中,每相邻两点间进行线性插值,以增加数据点数,从而使得原始和漂移后两组数据更加接近,从而提高了解调精度。实验结果显示,当每相邻两点间进行12次线性插值后,可达到1 pm级别上的分辨力,而继续增加则无法进一步改善。
最后,本文进行了一系列温度传感实验,并将理论分析与实验结果进行对比。本文采用该方法成功地实现了±0.2℃等级上的温度测量精度,同时保持了较低误差水平。这一研究为未来开发更为敏感且可靠的小型化、高效能温湿度/压力/化学参数等多种类型检测设备提供了基础支持,并且对于提升现有的传感技术至关重要。此外,该方案也有望用于智能家居、环境监控以及工业自动化等领域,为这些应用提供更加精确和快速的事务处理能力。