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FBG传感网络技术研究
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在设计虚拟信号源的时候，会对函数产生器设置采样信息，里面有两个参数，一个是频率Fs,还有一个是频率数，两者有何关系？一般怎样设定？谢谢
09-09-21 &匿名提问
FBG传感器的解调技术FBG传感器实用化的一个关键技术就是多波长的解调检测方法，能够实现波长解调的装置被称为波长查询仪，目前适用的FBG传感器阵列的解调技术主要采用两类：时分复用(time division multiplexing,TDM)和波分复用(wavelength division multiplexing,WDM)。同时，也有一些别的相关技术被报导（如偏正），但远没有上面两种应用广泛。时分复用(TDM)是通过测量光脉冲返回到探测系统的时间来识别一根光纤上的多个FBG传感器。在TDM系统中，每个FBG传感器的中心波长都是一样的；同时要求每个FBG传感器都有一个比较低的反射率，这样可以保证透过前面FBG的光到达下游的FBG传感器时仍然存在足够的光功率。对于TDM，当环境改变时，从每个FBG传感器的返回时间将随之改变。TDM技术是通过这些时间漂移来反映被测参数的变化的，如温度、应力等。这种方法的优势在于制作的传感器用的FBG的成本比较低。对于FBG制造商来说制作中心波长一致的FBG和反射率低的FBG相对比较容易，且成本低。但是随着FBG制作技术的不断进步，这种优势正在逐渐的减小。TDM系统必须权衡的考虑传感器采样频率与光源到探测系统的距离。也就是说，在发送下一个光脉冲时，必须保证上一个光脉冲已经从最远的传感器返回。FBG传感器之间的距离必须大于一个特定值以便能清晰的辨别相邻的FBG。波峰复用（WDM）是在FBG传感网络领域被广泛采用的技术。WDM是通过波长来辨别各个FBG传感器。这样就要求各个FBG传感器的中心波长不能相同，必须存在一定的差值。各个FBG传感器同时感知环境的改变（应力、温度、压力等）而产生中心波长的改变。大多数WDM系统都被设计包括两个基本配置：宽带光源、扫描探测器(BSSD)和激光光源、宽带探测器(LSBD)。第一种配置——BSSD系统通常需要一个外加可调谐滤波器的ASE、LED或SLED和宽带探测器。可调谐滤波器必须被同时校准保证波长不敏感的探测器能知晓在任何时间接受到的波长值。BSSD系统是一个高效的，成本相对低的波长查询器，能够同时解调一个光纤上的5－30个FBG传感器。通常系统能解调的FBG传感器的数量要受光源相对低的功率和各种应用中存在的损耗的制约(如连接器，弯曲损耗)。即使存在传感器数量的限制，但BSSD波长查询系统（象Micron Optics的FBG波长查询系统，FBG-IS sm220）已经被大量应用在民用领越、石油和航空领越，同时也应用于许多大学的教育研究。第二种配置——激光器和宽带探测器（LSBD），用更大的光功率减小了FBG传感器数量的限制。通常，基于激光的查询仪能够实现单通道解调100多个FBG。在这种配置中，决定FBG传感器最大数量的限制因素是激光器的所覆盖的波长范围。每个FBG传感器都需要有随环境变化的波长变化范围，所以每个传感器都要占用一定的波长空间。通常，传感器的波长间隔都被设计为2-3nm，整个测试仪器能提供的总波长范围为20-50nm。下面介绍了FBG传感器波长解调技术中应重点考虑问题峰值探测和全光谱对于BSSD和LSBD系统值得考虑得就是传感器要采集何种信号，用什么样的方法得到信号。通常采用的方法是用零交叉线路寻找传感器反射信号的峰值，峰值的中心波长的漂移响应于传感器的应变和温度的变化。在这种方法中，几乎没有考虑到反射光谱的形状，只能够简单的知道一个峰值波长。全光谱的方案可以精确的反映整个光谱的情况，且反射光谱形状的改变能更加完全的反映传感器环境的实际变化。例如，边模相对强度的改变，斜坡的改变，峰值功率的改变等等。所有上面提到又恰恰都是用户所感兴趣的。对于峰值探测的方法，首要考虑的就是成本和速度。全光谱仪器虽然速度慢，成本高，但是这样仍然是值得的，它可以得到每个传感器发生的完整变化，其结果特别的真实。同时校准WDM系统通常在比较恶劣的环境中工作，如在石油钻井平台和桥梁监测的露天控制室。温度，湿度，冲击和震动随时都可能改变和出现。所以为了保持测量精度和重复性，必须对每个波长同时校正。这就意味着对激光器每一次扫动和探测器每一次扫描，某个波长的校准都必须和传感器阵列的波长查询仪上的保持一致。最稳定的参考是NIST的可追踪气体单元，它在很大的温度和湿度范围内都能提供0.6pm的精度。配有F-P干涉仪的波长查询仪可以在所有温度和全波长情况下都被非常精确的校准。大功率扫描激光光源高性能的光纤环激光器可以在2mm内扫描50nm的光带宽，能查询该带宽中所有的传感器。这些快速的，高功率的扫描激光器是目前主流的光传感器查询系统的核心，而这些激光器的核心又是光纤F-P可调谐滤波器(FFP-TF)。可调谐滤波器在很宽的光谱范围内都有非常卓越的特性。这种FFP-TF技术主要优势包括如下：高分辨率的带宽完全的理论动态范围——68dB低的插入损耗——1dB（典型值）连续的对S,C或L波段的调谐大量的可利用性能参数热稳定性好防震动和冲击低功耗和低电源电压Micron Optics经历了10年的技术研发与创新，在可调谐滤波器方面拥有自己的知识产权和制作工艺。其产品的高可靠性和高性能指标已经在该领域得到了充分的肯定。Micron Optics的FFP-TF技术仍然采用F-P的基本原理，但通过自己的发明创造研制成功了光纤F-P可调谐滤波器，无需聚焦，无需光学校准。这种FFP-TF是由标准具组成的，该标准是由光纤和反射镜组成的。这种F-P技术的有很高的光分辨率，主要原因包括： 标准具中的光纤把两反射镜连接在一起，引导光的传输。这个光纤引导腔里面光的传输，消除了额外的空腔谐振摸，同时减小了震动，温度和两反射镜未对准的敏感性。 FFP-TF技术本质上和扫描激光器的应用是一样的，它的单模路径消除了实际工程和制造工艺的困难。同时光纤滤波器和光纤耦合器，掺铒光纤放大器，光纤光栅等一样都是全光纤器件，符合了现在工业发展的标准。 利用压电传感器和高精度的机械定位装置可以提供光滑连续的波长调谐。压电传感器通常被用在原子力显微镜上机械的定位装置上，其优秀的稳定性，一致性和可重复性完全能够保证光纤F-P可调谐滤波器的波长调谐精度。 波长调谐是的连续的 目前随着对波长精度的要求越来越高，F-P干涉计正在被广泛的接受。Micron Optics的技术是第一个完全利用这种技术研制成功了光纤F-P可调谐滤波器。其性能非常的卓越，在C波段可监测到400个通道。高分辨率，大动态范围和连续的光滑调谐可以实现更加密集的通道分析。例如，光性能监测器用2000个参考因素为62dB的滤波器。此外，这种技术也被用在电信系统的光噪声滤波和动态通道锁定上，其主要特征是特别低的损耗和可靠的锁定能力。大量的滤波器出来的数据已经证实其工程使用寿命可以达到100年，同时有一个很低误码率和很高接受灵敏度。下图出示了Micron Optics公司的最新推出的SI425波长查询仪。SI425是一个大功率、高速度、多传感器的测量系统，主要为力学传感应用进行改进。使用了Micro Optics专利技术校正波长扫描激光器，SI425具有高功率快扫描（达244Hz），4根光纤上可连多达512个传感器。它是一个完善系统，具有扫描光源。向FBG通光4个探测器可同时测量每根光纤反射回的光信号。SI425的主要指标参数为：光学通道数              4每通道最大传感器数量    128（4通道共512个）分辨率                  &1pm波长范围                nm重复性                  典型2pm（~1.7µε ，最大5pm）典型光栅结构            切趾型，反射率&90%, BW&0.25nm动态范围                25dB扫描频率                244Hz光学接头                FC/APC-----------------------------------------从别人那里搞来的资料。
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