魏钰柏,刘 锋,刘 佳,祝连庆

(1.北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心,北京 100016； 2.光电测试技术北京市重点实验室,北京 100016)

1 引 言

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)在温度与应变测量应用中具有准确度高、灵敏性好、不受电磁干扰、可远距离监测并且可实现准分布式或分布式测量等优点,因此被广泛应用于高精度测量领域以及各种复杂条件下的环境指数测量[1-4]。FBG通过外界参量对反射中心波长进行调制来获得传感信息,其解调的关键是测量其反射波峰中心波长的变化量。因此,要实现FBG的高精度与高灵敏度的传感测量,解调方法尤为重要[5-7]。

本文使用256像素线阵CCD进行光谱检测,CCD采用体光栅分光,光谱检测速度快,系统成本低,多点复用简单,从而得到广泛应用[8-10]。但CCD光学分辨率低,难以分辨FBG中心波长的微小变化,为达到系统所需波长分辨率,需对其输出数据进行算法处理,常用的为高斯拟合算法[11-12]。FBG的3 dB带宽一般为0.2～0.3 nm,因此在反射波峰范围内大约只存在3个像素点,依据高斯拟合算法解调出的中心波长精度较低,且在刻写或封装FBG的过程中操作不当会造成FBG反射光谱同标准函数差别较大,增大拟合误差[13]。

针对以上问题,本文在CCD检测的基础上,研究了3 dB宽带在1～3 nm之间的宽带FBG传感与自相关解调算法。CCD像素点波长间隔固定,因此宽带FBG可以获得更多有效像素数据点,从而提高数据拟合精度；自相关解调算法只与波峰漂移量有关而不受波形影响,因此可以抵消背景噪声,消除FBG波形异常引起的解调误差。……