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News Center在工业监测、医疗检测、桥梁健康监测等领域,光纤传感器凭借抗电磁干扰、高精度、可远程传输等特性备受关注。广州安协科技股份有限公司(www.anxiekeji.cn)深耕传感器技术领域多年,积累了丰富的光纤传感器信号处理经验。接下来,将为大家详细解析光纤传感器信号处理的全流程。
光纤传感器通过敏感元件感知外界温度、压力、应变等物理量,并将其转化为光信号变化。像基于光纤布拉格光栅(FBG)的应变传感器,当外界发生应变,光栅周期改变,反射光的中心波长就会漂移;而基于马赫 - 曾德尔干涉原理的传感器,外界物理量变化会使两干涉臂光程差改变,进而影响输出光强。这些光信号变化,就是信号处理的原始输入。
不同类型光纤传感器的信号采集原理各有特点,如下表所示:
传感器类型 | 敏感元件 | 物理量 - 光信号转换方式 | 典型应用 |
光纤布拉格光栅传感器 | 光纤布拉格光栅 | 外界物理量改变光栅周期,引起反射光波长漂移 | 结构健康监测 |
马赫 - 曾德尔干涉型传感器 | 马赫 - 曾德尔干涉仪 | 外界物理量改变光程差,引起输出光强变化 | 振动检测 |
瑞利散射型传感器 | 光纤中的瑞利散射现象 | 外界物理量影响散射光强度分布 | 分布式温度、应变监测 |
采集到的光信号需通过光纤传输至处理单元。光纤作为传输介质,具备低损耗、宽带宽、抗电磁干扰的优势。在传输时,长距离传输通常选单模光纤,短距离且对带宽要求高的场景多用多模光纤。同时,合理规划光纤敷设路径,避免过度弯折挤压,减少传输损耗。
为保证信号稳定,还会利用光放大器对衰减的光信号进行增强。常见的掺铒光纤放大器(EDFA),能在不改变光信号特性的情况下,提升光功率,确保信号顺利抵达处理单元。
信号解调是关键环节,目的是把携带物理量信息的光信号转换为电信号。不同类型传感器解调方法不同:
光纤布拉格光栅传感器解调:常采用可调谐滤波器法等,调节滤波器中心波长与光栅反射波长匹配,通过检测输出光强变化,确定波长漂移量,获取物理量信息。
干涉型光纤传感器解调:主要运用相位生成载波(PGC)解调技术,在干涉仪一臂施加高频调制信号,将相位变化转化为幅度变化,经处理提取与物理量相关的电信号。
解调后的电信号常伴有噪声,且特征不明显,需要进一步处理:
信号放大:由于电信号微弱,使用低噪声放大器,在放大信号的同时降低噪声引入,提高信噪比。
滤波处理:针对环境电磁干扰产生的高频噪声、电源波动的低频噪声等,通过设计合适的滤波器,滤除噪声,保留有用信号。
特征提取与分析:对处理后的信号进行分析,周期性信号可用傅里叶变换分析频率成分;缓变信号则通过求平均值等方法,提取变化趋势等特征。
经过一系列处理,信号处理单元将结果以模拟电压信号、数字信号(如 RS485、CAN 总线等)形式输出,方便与控制系统、显示设备交互。例如在桥梁健康监测中,处理后的信号实时传输至监控中心,助力工作人员掌握桥梁状态,排查安全隐患。
光纤传感器信号处理包含采集、传输、解调、处理和输出多个环节,环环相扣。广州安协科技股份有限公司持续创新,为客户提供高性能光纤传感器及完善的信号处理方案。如需了解更多产品与技术,欢迎访问官网 www.anxiekeji.cn。