第30卷，第2期 20i0年2月
光谱学
光
谱分
与
新
Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.30,No.2.pp563-566 February,2010
粒子群优化算法在光纤光栅传感器波长解调中的应用
丁晖，吴相楠，梁建奇，李仙丽西安交通大学电气工程学院，陕西西安
710049
摘要为了提高光纤光栅(FBG)解调系统的波长解调精度，采用粒子群优化(PSO)算法结合参考光纤光栅(FBG)，对常用波长解调器Fabry-Perot型光纤滤波器(FPF)的透射光谱中心波长与控制电压之间存在的非线性和回滞特性进行了研究，并提出一种实时建立FPF透射光中心波长与其控制电压之间关系模型的方法。该方法利用粒子群优化算法收敛快、易实现的特点，保证了FPF模型建立的准确性和实时性。实验结果证明，利用所建模型可有效提高FBG传感系统的波长测量准确度，测量误差不超过25pm，系统结构简单，对提高FBG传感系统的测量准确度具有重要意义。
关键词Fabry-Perot光纤滤波器；光纤光栅传感器；粒子群优化算法
中图分类号：TE642：TH744.4
引言
文献标识码：A
光纤光栅（FBG)传感器由于具有抗电磁干扰、体积小、质量轻、耐腐蚀、易于实现网格复用等优点，广泛应用于应力、温度、速度、加速度等诸多物理量的精确测量(1-3)]，在 FBG传感系统的设计中，光纤光栅中心波长的高精度解调问题，是系统能否实现准确测量的关键。长期以来，研究者提出了很多FBG传感系统波长解调的方法(+10]，如气体吸收线法、干涉仪法、可调谐激光器法等。本文针对实际中最常用的FBG波长解调器—压电陶瓷(PZT)驱动式FPF 提出一种改进方法，用以提高波长解调的准确度。FPF的基本工作原理是：PZT在不同的控制电压作用下，由于压电效应，使FPF腔长发生不同程度的改变，相应使得不同波长的光透过FPF。理论研究已证明，PZT的控制电压和伸长量之间的关系是非线性的，且有着明显的回滞特性，PZT的这一
SLED Light
FPF
(D2)
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2010)02-0563-04
特性导致了FPF透射光的中心波长与外加控制电压间存在着严重的非线性关系(12)。然而在实际应用场合中，往往假设二者的关系是线性的或在FPF自由光谱范围(FSR)的局部区域是线性的。这在以FPF作为波长解调器的FBG传感系统中将会导致较大的测量误差。针对这一问题，本文采用参考FBG阵列结合PSO算法对FPF的非线性和回滞性进行在线评价和建模。利用所建模型对测景光纤光栅进行波长解调，从而克服了FPF的非线性特性所导致的FBG中心波长的测量误差。
本文详细介绍了建模过程，实验验证了模型的准确性，讨论了影响模型准确度的因素，并提出了进一步的改进方案。
FBG阵列用于FPF非线性特性的研究
实验设置如图1所示。光源为中心波长1550nm：3dB
Measurement FBGs Reference FBGs
D
Optical configuration of system
Fig1
收稿日期：2009-02-06，修订日期：2009-05-21 基金项目：国家自然科学基金项目(60772016)资助
晖，1969年生，西安交通大学电气工程学院副教投
作者介：丁万方数据
e-mail, dinghui@mail., xjtu edu, cn
Computer system