基于DSP的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2011-01-20 來源：網(wǎng)絡(luò)

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3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由實(shí)驗(yàn)可得，在砝碼質(zhì)量從0 g增加到60 g的過程中，粘貼在懸臂梁上的FBG1中心波長漂移0.716 nm，圖4所示為FBG1中心波長隨砝碼質(zhì)量變化的曲線圖。由圖4可知，懸臂梁上的FBG中心波長變化量與懸臂梁自由端所施加的砝碼質(zhì)量成較好的線性關(guān)系，并且具有較高的靈敏度。

實(shí)驗(yàn)中可通過增加砝碼的質(zhì)量施加對(duì)懸臂梁不斷增加的拉伸應(yīng)力。兩個(gè)匹配光柵反射光信號(hào)分別被各自對(duì)應(yīng)的光電探測器所接收。光電探測器輸出的模擬電壓信號(hào)則由以DSP為核心的信號(hào)處理系統(tǒng)的一系列處理得出傳感光纖布拉格光柵所感測到的外界物理量的大小。

當(dāng)PD1對(duì)應(yīng)處理后的電壓信號(hào)值為5 V時(shí)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為A和C，即對(duì)應(yīng)的有兩個(gè)光纖布拉格光柵的波長值。因此，對(duì)于這個(gè)5 V電壓，解調(diào)系統(tǒng)無法直接判斷出對(duì)應(yīng)的懸臂梁負(fù)載的質(zhì)量是A點(diǎn)還是C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量。對(duì)于雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)，往往會(huì)存在兩個(gè)匹配光柵并對(duì)應(yīng)兩個(gè)光電探測器。除存在PD1外，還存在PD2。系統(tǒng)可以通過PD1和PD2兩者所對(duì)應(yīng)的電壓值來確定產(chǎn)生5V電壓時(shí)所添加的砝碼質(zhì)量。實(shí)際上，可通過DSP系統(tǒng)的運(yùn)算處理得到匹配光柵中心波長的變化量，從而得到傳感光柵的中心波長變化量。對(duì)于雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)的傳感光柵可以取反射譜的雙邊，從而擴(kuò)大傳感光柵的測量范圍。光電探測器的輸出經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后的電壓隨應(yīng)力的變化曲線如圖5所示。

4 結(jié)束語

雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)是以匹配法為基礎(chǔ)并加以改進(jìn)新方法。它繼承了匹配法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、實(shí)現(xiàn)容易等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)還解決了因光電探測器導(dǎo)致的測量范圍受限的問題，也解決了匹配法中存在的雙值問題。該解調(diào)系統(tǒng)將匹配光柵粘貼于特殊懸臂梁上，并采用DSP進(jìn)行處理，不僅提高了響應(yīng)速度，而且提高了解調(diào)的精度和穩(wěn)定性。減小了匹配光柵因應(yīng)力過大而損壞的可能性。利用拉力作為系統(tǒng)的待測量進(jìn)行解調(diào)實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)具有良好的線性度、解調(diào)精度、速度及靈敏度。