3.4 常用的光纤布拉格光栅解调方法

光纤光栅传感器的信号解调是整个光纤传感系统中的核心部分之一，其实质是将光纤光栅传感器的光信号经光电探测、采集及分析后完整再现传感器所探测物理量时程变化，是决定整个传感系统精度、实时性、多点化的关键。作为传感系统关键的解调仪核心技术，目前主要集中在美日等发达国家，如表3-2所示。

★3.4.1 基于光纤F-P可调谐滤波法

1993年，由Kersey A D提出的基于光纤F-P可调谐滤波器的解调方案，解调方法如图3-9所示。它是由两块平行镜面构成的谐振腔，一块镜面固定，另一块镜面可以移动，以改变谐振腔的长度。镜面是经过精细加工并镀有金属膜或者多层介质膜的玻璃板，光纤的输入光经过谐振腔反射一次后，聚焦在输出光纤断面上，通过改变谐振腔的长度来达到选择相应光信号的目的。

基于光纤F-P可调谐滤波器的解调原理是：宽带光源产生的光信号进入光纤光栅，反射的光信号通过耦合器后射入F-P可调谐滤波器，F-P可调谐滤波器的腔长变化由压电陶瓷来控制，由驱动信号来控制压电陶瓷，F-P可调谐滤波器不断扫描光信号，当透射光波长和FBG的反射波长相匹配时，这时的探测电路可以检测到对应的最大光强，而此时给F-P可调谐滤波器施加的驱动电压便对应着光纤光栅反射的中心波长。

这种基于F-P可调谐滤波器的解调方法不仅可以实现小型化，而且灵敏度、光能利用率都很高，适于工程使用。

★3.4.2 基于光谱仪检测的解调技术

采用光谱仪来直接检测FBG中心波长的漂移，解调方法如图3-10所示。FBG反射回来的光信号通过耦合器后射入光谱仪，由光谱仪直接显示出中心波长的变化。光谱仪适用于实验室的科研要求，虽然现在实验室用的光谱仪或者单色仪相比于传统的光谱仪在测量精度、分辨率、响应速度方面都有明显的提高，但是光谱仪的价格昂贵、体积大，除了在实验室使用之外，不适合在现场勘查的过程中使用，严重制约了它的使用范围。

★3.4.3 非平衡Mach-Zender干涉法

干涉法的解调原理是当传感光栅受到外场的作用时，导致干涉仪中的光程被调制，其中干涉仪的作用相当于一个波长扫描器，将波长移位转换为干涉仪输出端的相位变化，通过对其输出的相位信号进行检测即可得到传感光栅的中心波长变化。该方案可给出高分辨率的相位检测，但无法消除温度影响，故不适用于准静态的检测，主要适合于动态相位信号。图3-11所示为一个应用非平衡Mach-Zender干涉法的探测系统。宽带光源发出的光经耦合器进入传感光栅，传感光栅的反射光先后经两个耦合器进入非平衡Mach-Zender干涉仪，其中的相位补偿反馈系统驱动PZT是为了抵消直流零点漂移而引入的。