4.1.2　光纤光栅传感器的解调原理

4.1.2　光纤光栅传感器的解调原理

由光源、光纤、光纤器件、传感元件以及敏感元件构成了光纤光栅传感系统，其基本结构如图4.1所示。

外部环境物理量的变化将会引起光纤布拉格光栅周期随之发生变化，从而传输回来的光波波长光谱的峰值位置随之发生变化。在光纤光栅传感技术中，光信号的某些参数受到被测量调制，光信号检测过程是传感过程的逆过程，光纤光栅解调系统是从被调制的光信号中还原出原调制信号的技术，还原得到的信号将正相关于原始被测信号。解调系统根据光波光谱峰值位置的变化量来确定待测量的变化。尽管传感器机理是光学式的，但是若要把光信号分析解调，则需要光电二极管进行光电转换。设某一段光波波长为λ1，λ2，…，λn，在光波波长谱内依次排开。经过光扫描器件和光电转换器件后，将光波从空间域转换到时域的x1，x2，…，xn，然后由解调系统中的数据处理单元捕获某一波长λn时间轴上变化前后的位置xn和，即可知道该波长折射率随外界因素变化而产生的变化量在时域的变化大小Δxn，从而可知道波长λn的相对变化量Δλn在时域的位置变化，示意图如图4.2所示。

图4.1　光纤光栅传感系统基本结构示意图

解调系统中选取一个固定中心波长(比如1310nm)的光波作为参考信号，其在时域的位置x0是相对固定的，波长λn和参考波长λ0的时域对应关系如图4.2所示。

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图4.2　参考波长和波长的对应关系

假设光谱范围初始位置波长为λorg，时域为时刻xorg，那么波长的光谱峰值对应的光波的绝对波长可以根据式(4.1)解得：

同理波长λn变化后的光谱峰值所对应的绝对波长值λn*可以根据式(4.2)求解出来，这样不仅可以知道待测量的变化量，还可以得到变化量变化到什么程度。