3.1 插值-相关谱法与峰值法比较实验

对FBG1和FBG2的反射谱连续测量10次,FBG1和FBG2自由放置,温度保持不变,所以,理论上各次的结果应该相同,但实际中存在微小的差异。图2是在1 552~1 557nm范围内,采样800点,FBG2在3种不同情况下的测量值(FBG1与FBG2类似)。

图2中,a是用传统的直接求峰值的方法,其标准差为0.042 41 nm ;b是在没插值的情况下用相关谱法,其标准差为0 nm;c是采用插值-谱相关法(每相邻点间线性插值8点),其标准差为0.002 14 nm。表面看上去,好像b最好,但它实际上是由于每相邻点之间的间隔太大,以至于当Bragg波长在最小的区间时,就不能清楚的分开它们,最终,将它们看作同一个值。先插入一定的数据,提高分辨力后就使得原始光谱更加相似于漂移后的光谱,再运用相关谱法,就可以获得最佳的效果。

为了研究插值-相关谱法中,在一定的条件下,最好插入多少点波长分辨力最高的问题,在上面的实验系统中,将每相邻点之间的插值点数从2增加到17,得到如表1。

从表1可以看出:实际中采用插值-相关谱法测量Bragg波长漂移,其波长分辨力不是随着插值点的增加而不断大幅度增加。本系统当相邻两点插值点增加到12点时,分辨力可达到1 pm,如继续增加,将无法进一步改善。

3.2 温度传感实验

每次以10℃的步长逐步对FBG进行加温,插值-相关谱法测得Bragg波长变化和温度之间的关系如图3。

从图3中可得到测量结果和线性拟合之间的误差(均方根误差)为1.18pm。

4、结论

通过理论分析和实验表明:采用相关谱法测量Bragg波长漂移量是可行的,同时,可以提高信噪比,进而提高解调精度。在此基础上,结合线性插值的方法,在原始光谱中每相邻两点间插入一定数量的点,可以进一步提高解调精度。采用插值一相关谱法可使Bragg光栅波长分辨力达到1 pm,温度测量精度达到±0.2℃。

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