基于DSP的光纤光栅解调系统的设计.pdf

在现代通信和传感领域，光纤光栅技术因具有环境适应性好、抗电磁干扰、小型化、分布式传感等优点而被广泛研究和应用。光纤布拉格光栅传感器（FBGS）利用光纤布拉格光栅（FBG）作为敏感元件，其核心是光纤光栅对特定波长的光产生反射作用。这些传感器特别适用于测量温度和应变等物理量，因为当FBG受到外界物理量（如温度、压力等）的影响时，其反射的中心波长会发生相应的变化。 光纤光栅传感器的关键技术之一是波长解调技术，即如何准确测量FBG反射光的中心波长。波长解调方法种类繁多，包括光谱仪法、斜边滤波法、可调谐滤波法、干涉扫描法和匹配光栅法等。其中，匹配光栅法由于成本低、分辨率高、重复性好等特点，近年来越来越受到关注。匹配光栅法依赖于将传感FBG的反射光与一个或多个匹配光栅的反射光相结合，通过分析反射光谱的差异来确定传感光栅的中心波长。 在本文介绍的系统中，提出了一种基于双光栅匹配原理的解调系统。系统利用两个并联的匹配光栅与传感FBG配合工作，这样可以更准确地探测传感光栅中心波长的漂移。当传感FBG受到外部应力影响，其反射波长发生变化时，两个匹配光栅反射波长分别与传感FBG的波长产生不同程度的重叠，从而确保至少有一个光电探测器能够有效探测到信号。 系统设计中特别强调了数字信号处理器（DSP）的作用。DSP在解调系统中承担着至关重要的数据处理角色，如信号的插值运算、寻峰处理等，进而实现对传感光栅中心波长的精确测量。硬件上，利用了12位模数转换芯片AD1674和定点DSP芯片TMS320VC5402来实现信号的采集和处理。软件方面，设计了包括初始化、线性插值、曲线拟合、显示、驱动和中断服务等程序，以实现系统功能。 实验结果显示，在一定砝码质量作用下，FBG传感器中心波长出现了漂移现象，证明了系统设计的有效性。通过DSP处理后的数据显示，波长解调方法能够准确地追踪FBG中心波长的动态变化，从而实现对被测物理量的准确测量。 基于DSP的光纤光栅解调系统设计展示了光纤光栅传感器技术在高精度测量领域的应用潜力。系统不仅能够提供高精度的波长解调，还具有成本低、操作简便的特点。此外，DSP的应用也显示出其在复杂信号处理中的优势，特别是在光纤传感领域，DSP的高速处理能力和灵活的编程环境为系统提供了强大的技术支持。该技术的发展和应用将进一步推动光纤传感技术在智能材料、生物医学、航空航天等领域的应用。