在追寻光纤Bragg光栅传感器的精确解调之路上,我们发现微型光谱仪虽然体积小、价格便宜,但其光谱分辨力远未达到我们所需的pm级。为了克服这一限制,我们提出了基于F-P可调谐滤波器和波长基准器,结合插值-相关谱法的处理技术。
首先,我们回顾了FBG传感器的原理,即通过Bragg衍射原理,将宽带光源发出的光入射到FBG中,仅反射出以Bragg波长为中心的窄带光谱范围内的光。Bragg波长λB由FBG的栅距A和有效折射率neff决定。当FBG受到应变、温度等因素使得栅距或有效折射率产生变化时,被FBG反射的Bragg波长亦会发生相应变化。
接着,我们介绍了插值-相关谱法原理,该方法基于互相关函数来表示两种不同频谱之间的一致性。在原始频谱中,每相邻两点间线性插入一些点后,再利用相关谱法得到最终结果。这一方法不但能有效抑制噪声,而且能精确地测量Bragg波长漂移量,从而实现高精度地测量温度、应变等外界参量。
实验结果显示,在采用中心波长为1 550 nm LED发出的 光经过3 dB耦合器进入FBG,通过F-P可调谐滤波器(FOOL2上型)再经由DSP实现插值-相关谱法解调。比较实验结果表明,当采用插值-相关谱法与峰值检测法对比时,其标准差分别为0.002 14 nm和0.042 41 nm,证明了我们的方法更加准确。此外,对于不同情况下的测量误差也进行了分析,并且讨论了最佳插值点数,以达到最高分辨力。
最后,我们进行了一系列温度传感实验,每次以10℃步长逐步对FBG进行加温,并用我们的方法测得Bragg波长变化与温度之间关系,如图3所示,从而验证了我们的理论模型,并展示出此方案具有很高的一致性和预测能力。总结来说,这项研究成功提高了传感系统对于环境参数变化敏感度,为实际应用提供了一种更高效、更准确的手段。