光纖布拉格光柵傳感器可用于直接檢測溫度和應(yīng)變，以及與溫度和應(yīng)變有關(guān)的其他許多物理量和化學(xué)量的間接測量。在光纖布拉格光柵傳感器的應(yīng)用研究中，波長解調(diào)是一個(gè)重要的方面。波長解調(diào)方法主要有光譜儀、斜邊濾波法、可調(diào)諧濾波法、干涉掃描法、匹配光柵法等。近年來，匹配光柵法越來越受到人們的青睞。下面將介紹一種簡單、廉價(jià)且由兩個(gè)并聯(lián)的匹配光柵解調(diào)來檢測光纖光柵傳感器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

雙光柵匹配系統(tǒng)，寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)3 dB耦合器進(jìn)入傳感FBG。再由FBG反射后進(jìn)人兩路匹配光柵，對應(yīng)的兩個(gè)光電探測器得到與其對應(yīng)波長有關(guān)的光信號(hào)，然后由光電探測器將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)入信號(hào)采集處理電路提取有用信號(hào)，最后由后續(xù)信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理。

普通的匹配法只有一個(gè)傳感光柵一個(gè)匹配光柵，對應(yīng)只有一個(gè)△λ。當(dāng)該△λ≥△λmin時(shí)，解調(diào)系統(tǒng)將無法繼續(xù)解調(diào)。對于雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)，傳感光柵與兩個(gè)并聯(lián)的匹配光柵的中心波長近似相等，但略有差別三者。在理論上，雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)總是至少有一個(gè)光電探測器可以探測到可用光信號(hào)。

匹配光柵反射回來的光入射到光電探測器(PD)上可轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光電轉(zhuǎn)換部分和信號(hào)采集部分主要完成對PD輸出電信號(hào)的采集，采集到的信號(hào)再轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)由DSP進(jìn)行處理。DSP主要完成數(shù)據(jù)的插值運(yùn)算和尋峰處理，并根據(jù)處理結(jié)果反饋給DSP，由DSP依照反饋信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)完成下一步的解調(diào)工作，。

DSP系統(tǒng)的軟件部分主要由初始化程序、線性插值子程序或者曲線擬合子程序、顯示程序、驅(qū)動(dòng)程序、中斷服務(wù)程序等幾部分組成，可以將A/D轉(zhuǎn)換和串行通訊代碼放在中斷服務(wù)程序中來實(shí)現(xiàn)。

初始化程序用于完成DSPI/O口、內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器、串行口、中斷等資源的初始化。為了協(xié)調(diào)A/D轉(zhuǎn)換和步進(jìn)電機(jī)的控制，可由DSP發(fā)出控制信號(hào)來控制步進(jìn)電機(jī)，以使經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字信號(hào)與加在匹配光柵上的步數(shù)一一對應(yīng)。顯示部分的程序可將此數(shù)字信號(hào)經(jīng)代數(shù)變換轉(zhuǎn)換為直接表示應(yīng)力的數(shù)字量，然后通過查表動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力顯示。

當(dāng)匹配光柵反射波長與光纖光柵反射波的中心波長重疊時(shí)，光電轉(zhuǎn)換輸出脈沖信號(hào)，并向DSP請求中斷，然后由DSP執(zhí)行中斷服務(wù)程序，以將DSP內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量讀入DSP并保存起來，最后通過串行口發(fā)送到上位機(jī)再中斷返回。

實(shí)驗(yàn)中可通過增加砝碼的質(zhì)量施加對懸臂梁不斷增加的拉伸應(yīng)力。兩個(gè)匹配光柵反射光信號(hào)分別被各自對應(yīng)的光電探測器所接收。光電探測器輸出的模擬電壓信號(hào)則由以DSP為核心的信號(hào)處理系統(tǒng)的一系列處理得出傳感光纖布拉格光柵所感測到的外界物理量的大小。

當(dāng) PD1對應(yīng)處理后的電壓信號(hào)值為5 V時(shí)，對應(yīng)的點(diǎn)為A和C，即對應(yīng)的有兩個(gè)光纖布拉格光柵的波長值。因此，對于這個(gè)5 V電壓，解調(diào)系統(tǒng)無法直接判斷出對應(yīng)的懸臂梁負(fù)載的質(zhì)量是A點(diǎn)還是C點(diǎn)所對應(yīng)的質(zhì)量。對于雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)，往往會(huì)存在兩個(gè)匹配光柵并對應(yīng)兩個(gè)光電探測器。除存在PD1外，還存在PD2。系統(tǒng)可以通過PD1和PD2兩者所對應(yīng)的電壓值來確定產(chǎn)生5V電壓時(shí)所添加的砝碼質(zhì)量。實(shí)際上，可通過DSP系統(tǒng)的運(yùn)算處理得到匹配光柵中心波長的變化量，從而得到傳感光柵的中心波長變化量。對于雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)，對應(yīng)的傳感光柵可以取反射譜的雙邊，從而擴(kuò)大傳感光柵的測量范圍。

雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)是以匹配法為基礎(chǔ)并加以改進(jìn)新方法。它繼承了匹配法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、實(shí)現(xiàn)容易等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)還解決了因光電探測器導(dǎo)致的測量范圍受限的問題，也解決了匹配法中存在的雙值問題。該解調(diào)系統(tǒng)將匹配光柵粘貼于特殊懸臂梁上，并采用DSP進(jìn)行處理，不僅提高了響應(yīng)速度，而且提高了解調(diào)的精度和穩(wěn)定性。