法布里—珀羅濾波器的驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究.pdf

1、波長(zhǎng)編碼的光纖光柵(FBG)傳感器的傳感結(jié)果具有不受光路能量波動(dòng)影響、抗電磁干擾、抗腐蝕、安全可靠、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于諸多場(chǎng)合。然而，光纖光柵的信號(hào)解調(diào)技術(shù)是限制光柵傳感發(fā)展的一個(gè)重要因素，同時(shí)也是傳感領(lǐng)域面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。目前，光纖光柵傳感解調(diào)的主要方式有：濾波法、干涉法和色散法。其中，濾波法原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。它多利用可調(diào)法布里-珀羅濾波器對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行掃描，該濾波器的掃描范圍為幾十納米，甚至上百納米；透射峰帶寬可

2、低于0.2 nm，甚至0.05 nm；波長(zhǎng)的分辨率可以達(dá)到皮米量級(jí)。通常它是借助壓電陶瓷的電致伸縮效應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)諧振腔腔長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)透過(guò)波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，因此可調(diào)法布里-珀羅濾波離不開(kāi)電壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)高精度、實(shí)時(shí)可調(diào)的驅(qū)動(dòng)電路。
　　本文分析了可調(diào)諧法布里-珀羅腔的工作原理，提出一種采用數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)思路。它利用數(shù)字電路產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)，再通過(guò)模擬電路對(duì)鋸齒波信號(hào)進(jìn)行功率放大，實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器的掃描

3、驅(qū)動(dòng)。
　　實(shí)施過(guò)程中，鋸齒波信號(hào)由STM32系列微處理器產(chǎn)生，功率放大主要依靠三極管TIP29C和TIP30C組成的推挽式放大電路。另外，借助嵌入式開(kāi)發(fā)工具M(jìn)DK平臺(tái)，采用Keil C完成軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。主要工作包括串口通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與微處理器之間的數(shù)據(jù)交換；微處理器與數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片AD5660之間的數(shù)據(jù)傳輸，將微處理器輸出的數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并輸出。
　　研制的驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓在0～30 V、頻率在0～1

4、 KHz、偏置在0～30 V、占空比在0.006%～99.994%內(nèi)連續(xù)可調(diào)。輸出波形穩(wěn)定、精度非常高，紋波抑制比低至0.0025%。輸出的鋸齒波驅(qū)動(dòng)信號(hào)帶負(fù)載能力強(qiáng)，后接容性阻抗極大的可調(diào)諧法布里-珀羅濾波器時(shí)，波形不會(huì)產(chǎn)生失真。為了便于后續(xù)信號(hào)的采集和尋峰，在單個(gè)自由光譜程范圍內(nèi)，利用三次曲線擬合方式對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行了修正，波長(zhǎng)調(diào)諧的標(biāo)準(zhǔn)差降低了62.7%，最大誤差降低了80.1%。
　　在室溫環(huán)境下，使用微動(dòng)平臺(tái)給傳感光柵施加