一种新犁光纤光栅传感器解调系统

光纤光栅(FBG)传感器通过波长编码传感信号，可用于应力、应变或温度等诸多物理量的传感测量，因而受到重视[1，2]。FBG传感器常用的解调方法有匹配滤波法、线性滤波器法、非平衡马赫泽德干涉法[3]和可调谐F-P腔法[4，5]。其中，线性滤波解调方法对传输损失及光源波动引起的变化不敏感，具有较好的线性输出[6]，提供了一种结构紧凑、便携灵巧的传感解调系统的实现途径。但由于系统耦合器的分束比变化、光纤双折射及滤波器非线性都会影响测量精度，且分辨率较低，制约了线性滤波法FBG传感器解调系统的应用。

FBG传感器的一个主要应用是埋于智能结构[7]，实现应力、变形、振动和压力等参数监测，这就需要传感器解调系统可工作于户外，具有体积小、便于携带等特点。然而目前多数FBG传感器解调系统以PC机作为系统控制和数据存储显示的主要单元，体积大、结构笨重和不适宜野外作业。

本文介绍的FBG解调系统所用线性滤波器是波分复用器(WDM)采用高精度24位∑-△A/D转换模块确保信号采集精度，提高动态范围，采用自校准的方法消除两路模拟电路差异以及滤波器非线性的影响，从软件上优化系统性能。单片机ADuC847实现数据处理、数据存储传输、电路校准及系统智能化。通过实验和数据验证了该系统高精度、便携带的特点。

2 系统原理及结构

用线性滤波法实现FBG传感器波长解调的基本结构如图1所示。宽带光源发出的光经3 dB耦合器进入传感FBG。由FBG反射后形成窄带光谱，通过线性滤波器得到两路出射光功率与波长有关的光信号。光电探测器PIN将其转换为电信号，进入信号采集处理电路提取有用信号，并由单片机控制系统实现数据采集与数据处理。

图2为线性解调原理示意图。假设窄频反射Bragg脉冲服从典型高斯函数分布，其谱宽为Δλ，中心谱线波长为λR，且滤波函数为F(λ)=A(λ-λ0)。滤波光信号IF、参考光信号IR的比例为