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(zhǎng)漂移0.716 nm，圖4所示為FBG1中心波長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)器所接收。光電探測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)的變化量，從而得到傳感光柵的中心波長(zhǎng)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(cè)量范圍。光電探測(cè)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(jiǎn)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(cè)器導(dǎo)致的測(cè)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(cè)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。