表8 光分路计参数
1*8光分路器 型号 加连接头 工作波长（nm） 1260~1650 典型值 插入损耗（dB） 最大值 方向性（dB） 光纤长度 光纤类型 55 1.2 康宁SMF-28e 典型值 波长相关损耗（db） 最大值 典型值 稳定性（-40~85）（db） 最大值 温度稳定性 工作温度 存储温度 4.3.5.2 光衰减器
光源的功率为10dBm—13dBm，即10~20mw，可调谐F-P滤波器的输入功率为9mw，光源的功率大于可调谐F-P滤波器的最大输入功率，因此需要在二者之间加入一个光衰减器，将光源的光功率衰减到可调谐F-P滤波器可接受的功率范围。经计算，光衰减器的衰减系数要大于4.3dB，因此本方案中选择了上北京安瑞泰通讯技术公司的连续可调光衰减器，如图16所示，性能参数如表9所示。
典型值 最大值 -40~85 -40~85 0.5 0.3 0.5 0.3 0.3 0.2 10.7/11.0 10.3
图16 连续可调光衰减器 表9 光衰减器参数
工作波长 1330/1550nm 4.3.5.3 光耦合计
光耦合计用于光器件之间的连接，是一种非常常用和普通的光学器件。本方案中需用耦合比为10:90和50:50的耦合器数个。
腔体 铝外壳 调节范围 0．5—30dB 附加损耗 <0.3dB 接口类型 FC/PC
图17 光耦合器
表10 光耦合器参数 项目 中心波长 带宽 耦合比 典型附加损耗 工作温度 4.4
新技术、新材料、新工艺采用情况
可调窄带光源是基于可调谐F-P滤波器的原理，每次只有一个波长值的光输出，可增加系统的分辨率和精度；波长校准是基于F-P标准具原理，利用这种带有参考点的校准方式，可以使实时的校准精度达到皮米级别。 5 关键技术的解决途径 5.1
波形同步循环
在该系统中，必须确保证准确记录可调谐F-P滤波器通带的位置，以及通过的光功率。可调谐F-P滤波器通带窗口的位置由调谐电压确定，其调谐电压为0—18V，精细度为4000，故所需调谐分辨率为4.5mV。数据采集设备模拟输出端口的分辨率为16位，其输出电压的最低有效位为0.01mV，低于光滤波器调谐分辨率二个数量级，可以满足滤波器对调谐电压精度的需求。为了准确获得与可调谐F-P滤波器通带对应的光功率值，需要可调谐F-P滤波器的通带窗口步进与探测器的功率采集同步进行。
单位 nm nm % dB ℃ 指标 1550 ±20 10~50 0.15 40~±80 模拟输出AOFIFO虚拟AO通道PCI总线AOFIFOAI样本时钟虚拟AI通道AIFIFOAIFIFO模拟输入 图18 波形同步循环测试原理
波形同步循环测试实验原理如图18所示。计算机在内存中开一片AO FIFO，并在其中存储需要输出的波形；波形数据经过PCI总线进入数据采集设备上的AO FIFO；数据采集设备按照设备上AO FIFO中的数据依次更新模拟输出端口；数据采集设备将模拟输入端口采集到的数据存入设备上的AI FIFO中；计算机从数据采集设备的AI FIFO中读取数据并存
入内存中，等待进一步处理或存储。由计算机上的AO FIFO开始，一直到数据采集设备的模拟输出端口为止构成一个虚拟输出通道；由数据采集设备的模拟输入端口开始，一直到计算机上的AI FIFO为止构成一个虚拟输入通道。一个虚拟数据通道包含了相关的所有软硬件。所以，可以认为数据从计算机上的AO FIFO经过一个虚拟输出通道由模拟输出端口输出；模拟输入端口采集到的数据经过一个虚拟输入通道进入计算机上的AI FIFO。虚拟数据通道的所有工作都由设备驱动程序NI-DAQmx控制完成，对于用户来说是完全透明的。数据采集设备上的模拟输出和模拟输入使用两个不同的 DMA 通道，NI-DAQmx 控制两个通道完成时间轮换。这样，PCI总线一直处于“伪全双工”的工作状态。由于数据采集设备上 FIFO 的存在，使得模拟输出、模拟输入端口的数据流连续不断。对于计算机来说，AO FIFO中的数据不断输出，AI FIFO不断有数据输入，形成了一个稳定、无间断的数据链路。数据采集设备上的模拟输出和模拟输入端口使用相同时钟信号，实现了数据同步输出与采集。 5.2
信号处理
数据采集卡采集到的传感信息只是一组离散的数据点，信号处理的关键是将离散数据点与外界参量信息变化量建立合理的联系。为了降低噪声的影响，提高光纤光栅传感信号的解调精度，本方案采用的光纤光栅反射谱信号处理流程，如图19所示。通过该流程期待可以很好的降低噪声的影响，提高光纤光栅解调系统波长检测的精度，该过程的实现通过LabView编写上位机程序实现。
FBG信号光谱归一化
谱峰粗定位阈值分割寻峰算法中心波长定位图19 光纤光栅传感信号处理流程
（1）光谱归一化
为了便于后续计算以及整个算法的通用性和可移植性，首先对采集得到的反射谱数据进行归一化处理，其归一化公式为：
Y?X?????????????????????（10）
1N?1???xi??????????????????（11）
Ni?0??式中：
1N?(xi?0N?1i??)2????????????????（12）
Y：归一化后的光谱数据； X：归一化前的光谱数据。 （2）峰值粗定位和阈值分割
通常情况下，为了减少数据量，提高程序运行速度，在滤波之后要对光谱数据进行分峰截幅。本方案中将分峰截幅操作分为两部分，一是谱峰粗定位，一是阈值确定。为了确保一组光纤光栅反射谱中峰数的准确识别，本方案将采取阈值判断与峰宽判断相结合的思路，使用双阈值双宽度的判别方法。 （3）寻峰算法
本方案中将采用峰值检测法，获取光纤光栅传感阵列谱线峰值在记录的一个完整锯齿波扫描周期内离散数据采样点中的位置，结合谱线寻峰定位算法，对谱线峰值精确定位，如图20所示。
幅度/VXpiXnXmVdO图20 谱线寻峰原理
采样点/dots
本方案采用功率加权法求取传感信号峰值，功率加权法如下：设定FBGi传感信号纵轴阈值Vd，如图17所示。假设经滤波算法处理后，FBGi传感信号采样点序列为[?，(xm，Vm)，?，(xi，Vi)，?，(xn，Vn)，…]，取纵坐标大于Vd的信号序列进行后续寻峰算法处理，求取峰值对应的横坐标xpi
系统采样序列[…，(xm，Vm)，…，(xi，Vi)，…，(xn，Vn)，…]的横坐标位置与FBGi
传感信号的波长对应，幅值与信号的光功率对应，通过幅值加权法求取第i个光纤光栅传感器FBGi的中心波长对应的位置：
xpi??Vx/?V?????????????????(13)
iiii?mi?mnn通过设定合理阈值，在FBG阵列反射谱线采样点序列选择合适的窗口（窗口大小为n-m+1），采用幅值加权法求取传感信号峰值xpi，适当地减少了数据的运算量，提高了系统处理速率。波长寻峰算法的设计，作为外界参量信息与一堆离散数据采样点之间互联的桥梁，有助于减少无效冗余数据点采集和后续计算量，提高数字化解调系统的效率和传感信号谱线定位精度。 5.3
增加系统光功率
由于所选用的可调谐F-P滤波器的精细度较高，其可接收和输出光功率较低。后端所使用的光分路器将有限的光功率还分为多份，进一步的降低了光功率，前文所计算的光功率均是理论计算，因此实际光电探测器所能探测到的光功率可能会更小。因此有必要增加系统的光功率，增加光功率的主要从两方面入手。第一，将某些用法兰盘连接的地方，改为用光纤熔接机熔接的方式来连接；第二，将某些光耦合器换为光环行器，光环行器的光损耗小于光耦合器，但是价格也较光耦合器高昂很多。 6 可行性分析
光纤光栅解调仪，作为一种针对光纤光栅传感器的通用性解调设备，获得了广泛的关注和应用。该方案中的光纤光栅解调仪的理论基础是基于可调谐F-P滤波器的可调谐窄带光源和基于F-P标准具的波长校准原理，两者均为较成熟的理论。在电子设计和光纤解调仪设计具备扎实的技术基础和设备条件，保障了项目的顺利实施，本项目技术风险小且具有很高的可行性。