光纤Bragg光栅传感器犹如夜空中的北极星引领着精密解调的航道

在无尽的夜空中,北极星静静地闪烁着光芒,它不仅指引航向,更是精确解调的灯塔。近年来,微型光谱仪以其小巧和价格实惠而受到了广泛的欢迎,但它们只能提供0.1nm的光谱分辨力,这远远不足以满足高精度FBG传感器所需的pm级分辨力。

为了克服这一局限性,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-相关谱法处理技术的新方法。这一方法通过在原始光谱中每相邻两点间线性插入一定数量的点,再利用相关谱法来获取Bragg波长漂移量,不仅能够有效抑制噪声,而且能够实现高精度测量温度、应变等外界参量变化。

理论分析表明,当宽带光源照射到FBG上时,只有中心波长为Bragg波长的一部分能被反射回来。由于Bragg波长受到栅距和有效折射率影响,当这些参数发生变化时,反射出的Bragg波长也会随之改变。因此,可以通过监测反射信号中的波长偏移来实现对待测物理量变化编码调制。

相关谱法则基于互相关函数,将原始频谱与漂移后频谱进行比较,以确定最接近的情况下的最大值,从而获得实际频率偏移。此方法比峰值检测法具有更高精度,因为它计算的是多个不同漂移值下所有对应点之间的相关总和,而非单一峰值,因此可以有效地减少噪声干扰。

实验结果显示,在采用插值-相关谱法之前,对于相同条件下的两次测试,其标准差为0.04241 nm;而在没有插值的情况下,即使使用了相关谱法,其标准差仍然达到0 nm;但是在采用了线性插值后的实验中,其标准差降至0.00214 nm,从而显著提高了解调系统的性能。

此外,本文还探讨了在特定条件下最佳插入点数的问题,并发现当相邻两点间增加到12个插入点时,可达到1 pm甚至更高水平。在温度传感实验中,该系统显示出±0.2℃以上可靠性的温度测量能力,是一种非常实用的应用方案。

综上所述,该研究提出了一个新的、高效且具有较低成本的手段,用以提升传感器应用中的解码技术,使得我们能够更加准确地捕捉环境中的微小变化,如同北极星一般指引我们的方向,为未来更多复杂场景提供可能。

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