基于F-P滤波器的光纤光栅解调中寻峰算法分析

设计了基于F-P滤波器的FBG传感解调系统,分别利用质心法、最小二乘法、高斯多项式法和半峰法对FBG反射波谱进行寻峰处理,并对这四种典型寻峰算法效果进行研究和分析。     

光纤布拉格光栅传感解调中的寻峰算法

分析比较了光纤布拉格光栅(FBG)传感解调系统的6种寻峰算法:蒙特卡罗(Monte Carlo)算法、直接比较法、二次插值数值微分法、一般多项式拟合法、多项式-高斯公式拟合法和高斯公式非线性曲线拟合法。通过分析算法理论误差,结合算法仿真和实验研究,给出了算法误差及相关影响因素。研究发现输入信号的信噪比与寻峰算法的算法误差呈线性关系,相同条件下,高斯公式非线性曲线拟合法获得的精度最高。在光纤布拉格光栅传感实验系统中,对于信噪比为40dB的输入信号,算法的寻峰精度可达到0.44pm。结果表明,算法输入信噪比是影响寻峰算法中算法误差的决定因素,寻峰算法中的最佳算法为高斯公式非线性曲线拟合法。     

光纤布拉格光栅中心波长检测中的寻峰算法

为了寻找一种更好的FBG(光纤布拉格光栅)中心波长检测的寻峰算法,采用LabVIEW技术和MATLAB技术完成了FBG解调系统中9种寻峰算法的编写和调试,并对各种算法的参数及其优劣进行了分析比较.通过对仿真信号及实测FBG信号的误差分析,结合实验研究和算法仿真,给出了算法误差及相关影响因素.结果表明,最佳寻峰算法为高斯...     

基于嵌入式系统的光纤光栅解调系统的研究

对基于DSP和ARM的光纤光栅解调系统进行研究。针对以DSP,ARM为核心的系统电学部分进行设计;对信号解调算法的软件实现进行研究;最后,叙述了系统整体搭建的情况,同时还分析了对系统进行整体测试的情况,将理论研究运用到实际系统中,得到的实验结果验证了系统的实用性。     

光纤光栅传感信号解调关键硬件电路的实验研究

基于可调谐光纤Fabry-Perot(TF F-P)滤波扫描传感光纤布拉格光栅(FBG)的反射峰的原理,针对多次实验结果,设计了构成光纤光栅信号解调稳定性所需的关键电路系统.实验结果表明,硬件优化后的解调系统与光谱仪和万用表测量的数据相比较达到了预期的目标.经过标定后的系统分辨率可达1 pm,动态测量范围可达50 nm.     

光纤光栅解调系统的寻峰算法研究

为了提高光纤光栅波长解调系统的反射谱寻优精度,利用遗传算法的未成熟收敛性进行了研究.阐明了遗传算法提高解调精度的原理,以可调谐F-P腔的光纤光栅解调系统为基础,验证了算法的可行性和可靠性.使用MAT-LAB对F-P腔滤波光纤光栅解调系统的反射光谱进行寻峰,得到传感光纤光栅的中心波长.分析了算法中初始种群数量、遗传代数、变异率对的寻优结果影响,并得到一组最佳遗传算法参量.算法精度达到3pm数量级,50次重复计算数据标准差小于0.5pm.结果表明,该算法稳定高效、实用性强,可以显著减小噪声对光纤光栅传感系统的影响,提高解调精度.     

基于非均匀采样的光纤光栅解调系统

鉴于重叠多光纤Bragg光栅(FBG)传感器均匀采样时遇到的数据频谱混叠问题, 提出利用扫描周期随 机变化的正弦波实现传感FBG的非均匀采样方法,并在一种基于可调谐F-P滤波器的 FBG解调系统中得到成功应用。实验结果显示,本文方法能够很好避免混叠现 象,并且还能以低于Nyquist采样频率对信号进行采样分析。     

基于DSP芯片控制的光纤光栅传感解调系统

提出并实现了基于DSP芯片控制的准分布式光纤Bragg光栅传感网络信息解调系统,着重介绍了基于可调谐光纤F-P滤波(TFFP)解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的详细接口图.该系统扫描频率在25～100Hz间可调,分辨率达2pm,动态测量范围达50nm.同时变频变幅的TFFP锯齿波扫描信号可以灵活地改变系统的扫描范围,进一步提高了系统的解调速度.     

基于数字相关匹配的光纤光栅非对称反射峰解调算法研究

光纤布拉格光栅(FBG)在封装时易出现非对称反射峰,传统拟合方式对此现象解调误差大.针对这一问题提出了一种基于数字相关匹配的光纤光栅解调新算法.采用Matlab仿真和水浴实验对此算法进行了检验,证明该算法的可行性及有效性.实验结果表明:在FBG存在非对称反射峰现象时,所提出的算法比传统高斯拟合算法误差减小约67％.基于数字相关匹配的光纤光栅解调算法扩大了解调算法的运用范围,提高了非对称峰时的解调精度,保持了光纤光栅的有效传感.     

FBG传感信号数字化可调谐F-P滤波器解调技术研究

为进一步提高光纤光栅(FBG)解调系统的性能,提出并实现了基于FPGA逻辑控制的可调谐F-P滤波(TFFP)FBG传感数字化解调系统.重点介绍基于TFFP解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的系统框图.解调实验结果表明,通过与光谱仪的测量数据比较,此解调系统达到了预期的目标,经标定后系统的分辨率达1 pm,动...     

光纤F-P腔与FBG复用传感器精确解调方法研究

建立了基于光纤Fabry-Perot(F-P)腔与光纤Bragg光栅(FBG)串联复用结构传感器的解复用数学模型,分析了串联复用中FBG与F-P腔光谱的叠加对各自解调的影响,得到了分离FBG与F-P腔光谱的方法,从而实现双参数测量高精度解调的目的,并采用基于扫描激光器的波长查询系统验证了该方法的有效性。实验结果表明,该解调方法可以消除串联复用时光纤F-P腔与FBG间的交叉干扰,光纤F-P腔的解调数据最大离散值小于0.2nm,FBG峰值反射波长测量数据最大离散值小于0.7pm。     

宽带FBG与自相关算法提高CCD解调精度的研究

为提高光纤光栅解调算法的精度,设计了3 dB带宽在1~3 nm之间的宽带布拉格光栅与自相关算法解调系统,使用线阵CCD检测光谱,进行波长寻峰分析与实验验证。线阵CCD离散像素点之间波长间距固定,宽带布拉格光栅可得到更多有效像素数据点;自相关算法只考虑传感测量时光谱的偏移程度,可抵消背景噪声,消除光栅刻写或封装过程中操作不当引起光谱异常的影响,从而提高光栅中心波长解调精度。温度测量结果表明,使用自相关算法解调啁啾光栅与宽带光栅,误差较高斯算法分别减少54.05%和40.87%,此算法可以使啁啾光栅达到正常光栅的解调精度。并且,使用宽带光栅的解调误差仅为啁啾光栅的50%。     

基于全相位遍历机制的FBG谱线识别系统

提出一种基于全相位遍历机制FIR滤波技术实现光纤Bragg光栅（FBG）波长信息精确提取方案。系统在数字时钟控制下产生锯齿波电压对可调谐Fabry-Perot（FP）滤波器进行扫描,结合虚拟仪器（Ⅵ）技术,数据采集卡在同步时钟控制下实时读取FBG波长数据,并利用Matlab对采集的数据进行离线全相位滤波处理。实验结果表...     

基于可调谐激光器的光纤光栅高速解调的时延误差补偿方法

基于可调谐激光器的光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调仪用于FBG传感器的远距离、高速测量时,光传输时延会导致显著的波长解调误差。本文设计了一种补偿光传输时延导致的FBG解调误差的方法,可调谐激光器在工作光频率范围内进行高线性度的正向、反向扫描,利用正向、反向扫描过程中的光电探测信号的FBG反射峰差异,对光传输时延导致的波长解调误差进行补偿。试验结果表明,在50 kHz解调频率和100 m连接光纤长度条件下,将光传输时延导致的波长解调误差由2 nm降低到小于10pm。     

基于非线性滤波器的FBG解调系统的研究

传统的光纤Bragg光栅(FBG)滤波解调系统解调精度 较低,且线性滤波器的滤波曲线不是严格 的线性。从理论推导了基于线性滤波器的解调系统中滤波光和直接探测光光功率的比 值和滤波器的 透过率函数成正比。而传统的线性滤波解调方法过于理想化,为了修正这一问题,根据理论 推导对波长和 比值的关系按非线性滤波解调处理。实验结果表明,非线性解调 系统的温度解调精度高于线性解调系统,一定程度上提高了解调系统的精度。而且线性滤波 器的FBG解调 系统中几乎全部采用实际波长进行解调,本文在非线性滤波解调系统中引入虚拟波长的概念 ,对基于线性 滤波系统或非线性滤波系统的FBG系统进行解调,从而可以不用对实际波长的变化进行标定 而直接解调出FBG所处环境温度的变化。     

基于FBG传感系统的可调光滤波器非线性研究

采用光纤布拉格光栅(FBG)传感系统研究压电陶瓷(PZT)驱动法布里-珀罗(F-P)型可调谐光滤波器(TOF)的非线性特性。基于多光束干涉理论建立了TOF的非线性模型,推导了透射带波长和自由光谱范围(FSR)对驱动电压的非线性响应;基于FBG传感系统测试了F-P型TOF的波长非线性,并采用多项式拟合对其进行描述,实测F-P型TOF波长的非线性误差最大为1.006 nm;基于F-P型TOF的非线性模型,研究了其波长定位误差,并提出采用参考光栅的方法降低波长定位误差。实验表明,F-P型TOF的波长随机误差可由73～81 pm降至12 pm以下。     

FBG解调实时校正技术研究

在基于可调谐F-P的FBG解调系统中,由于驱动电压与扫描波峰的关系不固定,增加了系统误差。为此研究了实时校正技术。首先,通过方案比较和分析,设计了并联型的实时校正系统,此系统可以通过多个参考点实时校正PZT的非线性问题以及可调谐F-P滤波器的结构性误差。然后,通过实验分析了PZT驱动电压与可调谐F-P波峰的关系,设计了快速分段算法。最后,针对此系统,设计了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的信号处理单元,将解调系统的控制、滤波计算和数据压缩等电路集成在FPGA芯片内部,保证了系统的实时性。实验结果表明,该系统的均方误差为2.2pm,最大误差为6pm。解决了此类解调系统受可调谐F-P滤波器精度限制的问题,提高了测量精度。