时分复用光纤光栅传感阵列中DFB激光器的高精度温控设计.pdf

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1、第25卷第7期传感技术学报V0l_25No．72012年7月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJu1．2012DesignofDFBLaser'sHighPerformanceTemperatureControllerinTDMFBGSensingArrayHULiaolin，ZHANGPengbo，HUADengxin，GONGXin(SchoolofMechanicalandPrecisionInstrumentEngineering，Xi’anUniversityofTechnology，Xi~an71004

2、8，China)Abstract：InordertomeethighwavelengthstabilityofDFBintimedivisionmultiplexingfiberBragggrating(TDM．FBG)sensingarray，temperaturecontrolcircuitsofDFBaredesigned，includingtemperaturemeasurementandsetcircuits，thermistorlinearization，H—bridgedrivingcircuits，PIDcompensationnet

3、work，temperaturevoltagesamplingcircuitsanddisplaycircuits．TheparametersofDFB’Stemperaturecontrolcircuitsaretestedbyusingthebuilt．inthermistorandTEC，itsaccuracycanreach±0．04oCwithin180seconds．Thisresultshowsthatthestrainmeasurementerorfromlaser’Stemperaturedriftwillbe±3．41xeafte

4、rtemperaturecontro1．Keywords：fiberBragggrating；sensing；timedivisionmultiplexing；distributed~edback；temperaturecontrollerEEACC：7230Edoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2012．07．011时分复用光纤光栅传感阵列中DFB激光器的高精度温控设计米胡辽林，章鹏博，华灯鑫，巩鑫(西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安710048)摘要：针对时分复用光纤光栅(TDM—FBG)传感阵列中使用的分布反馈(DF

5、B)激光器高波长稳定度的要求，设计了一个高精度的DFB温控方案，包括温度测量与设定、热敏电阻线性化、PID补偿回路、H桥驱动、温度电压采集与显示等。使用DFB内置的热敏电阻和半导体制冷器(TEC)对温控电路进行了测试，其精度在180s内达到±0．04℃，温控后激光器温度变化引起的应变测量误差为±3．4￡左右，满足TDM—FBG传感阵列的要求。关键词：光纤光栅；传感；时分复用；分布反馈激光器；温控中图分类号：TN86；TN248．4文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)07—0921—05光纤光栅(FBG)传感阵列的复用方式主要有空FB

6、G反射谱的中心波长不匹配，会大大增加TDM—分复用(SDM)、波分复用(WDM)和时分复用FBG阵列的测量误差，影响应变测量精度。因此需要(TDM)或它们之间的组合_1]。目前国内外的成熟对DFB光源设计相应的温度控制电路，保证激光器方案主要采用的是WDM。由于WDM方式受光源的输出波长稳定和TDM—FBG阵列的正常工作。的带宽限制，其可复用的FBG数严重受到限制(一1DFB的温控方案般只有20个～30个)]。基于全同的低反射率的FBG构成的TDM．FBG传感阵列，可对串联在一根TDM．FBG传感阵列使用SLT5411型DFB激光光纤上的几百个甚至上

7、千个低反射率FBG进行高器l7]，25℃时中心波长为1544．53nm，波长随温度空问分辨的应变测量3J。的最大漂移为0．2nm／~C，温度变化10时波长将在设计的TDMFBG传感阵列中使用分布反馈漂移2nm。假设工作时环境温度为25℃，并有可(DFB)激光器作为光源，当FBG遭受应变时，其反射能利用温度效应对DFB的输出波长进行微调，因此谱发生移动，通过检测FBG反射谱和DFB中心波长确定以25℃为中心的目标温控范围。目标温控范之间的相对移动导致反射光功率的变化来测量应变．围设置过大．不利于温控精度的提高，范围太小则会在测量过程中DFB的中心波长应

8、保持不变。如果限制激光器波长的调节。因此以25℃为中心，选择DFB波长随温度发生了漂移，使DFB的中心波长与