高分辨率光纤光栅传感：时域地址查询与干涉解调技术

"本文介绍了一种高分辨率的单信道输出光纤光栅传感系统，该系统利用时域地址查询技术和非平衡迈克耳孙扫描干涉仪进行解调，实现了应变传感分辨率为6nε，灵敏度达到1.63°/με。通过脉冲宽带光源和4个光栅组成的光栅串，根据传感元间的光纤延时差异进行信息查询，然后通过干涉仪解调，确保了高精度的测量。文章进一步探讨了光纤光栅传感器的网络化查询和解调技术，特别是时域地址查询和干涉解调的结合，提供了一种实用的传感解决方案。" 正文： 光纤光栅传感器是一种基于波长编码的精密感测技术，它可以检测多种物理量，如应变、温度、压力等。然而，单个光栅传感器的成本较高，限制了其广泛应用。为了解决这个问题，科研人员提出了将多个传感光栅组合成一个网络，以提高性价比并实现分布式监测。 时域地址查询技术是光纤光栅传感网络中的核心技术之一，它通过利用不同传感光栅之间的光纤延时差异，可以区分来自各个节点的信息。在本文提出的系统中，脉冲宽带光源发出的光波经过4个光栅组成的光栅串，每个光栅对特定的物理量变化做出响应，产生不同的光纤延时。这种延时差异提供了独特的时域地址，使得系统能够识别和解析各个光栅的信息。 非平衡迈克耳孙干涉仪作为解调工具，其工作原理基于两束具有微小相位差的反射光的干涉。当光栅受应变影响导致布拉格波长变化时，这个变化会体现在干涉仪的输出信号上。非平衡设计意味着两束反射光的路径长度不等，因此干涉条纹的移动速率与光栅的波长变化直接相关。通过精确控制和分析这些条纹的移动，可以高精度地测量出应变的大小。 系统的应变传感分辨率达到了6nε，这意味着系统能检测到非常微小的应变变化。同时，灵敏度实验值为1.63°/με，表明系统对于应变引起的波长变化极其敏感。这一高性能得益于时域地址查询和干涉解调的结合，以及非平衡迈克耳孙干涉仪的高分辨率特性。 为了进一步提升系统的性能，采用了带通滤波技术，它有助于从干扰噪声中提取出传感信号，确保应变测量的准确性。通过单一信道输出，系统简化了数据处理和信号传输，降低了硬件成本，并提高了整个系统的可靠性。 总结而言，本文提出的方法展示了光纤光栅传感技术在网络化和高分辨率测量方面的潜力。结合时域地址查询和干涉解调，不仅提高了系统性能，还降低了实现复杂传感器网络的难度。这种技术有望在结构健康监测、地质灾害预警、石油勘探等领域得到广泛应用。