基于雙邊緣解調(diào)的光纖檢測(cè)壓力儀

引言：二十世紀(jì)世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的影響巨大，帶動(dòng)了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)如今，現(xiàn)代工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中已經(jīng)屬于主導(dǎo)地位，是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要因素。而在現(xiàn)代工業(yè)中，光纖的使用越來越普遍，在這種技術(shù)的生產(chǎn)過程中，壓力是不可缺少非常重要的一個(gè)參數(shù)，光纖檢測(cè)壓力儀在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。在以光纖作為傳感元件的檢測(cè)壓力儀中，存在著一項(xiàng)制約其技術(shù)發(fā)展的技術(shù)關(guān)鍵：尋找與壓力傳感器相適應(yīng)的解調(diào)方法。這項(xiàng)研究?jī)?nèi)容備受各大學(xué)院研究人員的關(guān)注，本文就此方向，探討基于雙邊緣解調(diào)的光線壓力測(cè)試儀，從而使光纖技術(shù)得到進(jìn)一步改善和技術(shù)性飛躍。

一、雙邊緣解調(diào)原理

在斜坡和臺(tái)階邊緣中，進(jìn)入邊緣和離開邊緣過渡時(shí)的二階導(dǎo)數(shù)的符號(hào)相反（從負(fù)到正或者從正到負(fù)）。二階導(dǎo)數(shù)的符號(hào)可以用于確定一個(gè)邊緣是從亮到暗（負(fù)二階導(dǎo)數(shù)）過渡還是從暗到亮（正二階導(dǎo)數(shù)）過渡，這種現(xiàn)象就叫“雙邊緣效應(yīng)”。如果讓布拉格光纖反射光譜分別通過兩個(gè)濾波特性有所不同的單邊緣調(diào)解系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)雙邊緣調(diào)解。雙邊緣的調(diào)解系統(tǒng)實(shí)際上會(huì)有兩個(gè)完全不同側(cè)的邊緣，而其中每一個(gè)邊緣所相對(duì)應(yīng)的同一個(gè)波長(zhǎng)都會(huì)輸出不同的信號(hào)或光信號(hào)。

定義兩個(gè)單邊緣解調(diào)的系統(tǒng)輸出的光信號(hào)的比值為：

上述公式都可以表明，雙邊緣解調(diào)的光纖檢測(cè)儀要比單邊緣的光纖檢測(cè)儀的靈敏度提高了將近一倍，甚至要提高的更多。這樣的工作能力表明雙邊緣可以解決很多單邊緣無法解決的技術(shù)性問題，可以更大范圍的在生產(chǎn)時(shí)向我們快速而精確的提供數(shù)據(jù)，還避免了單邊緣檢測(cè)儀會(huì)常常犯的一些靈敏度差的問題，這是一次技術(shù)上的革新。

雙邊緣工作的時(shí)候會(huì)使用兩個(gè)濾波器，它們的傳輸譜是必須是相交選擇的，相交的部分是測(cè)量其波長(zhǎng)的有效范圍，所以有一個(gè)交選越大測(cè)量范圍則越大法則。而且為了加強(qiáng)器材的壓力靈敏度，在研究中將波登管與光纖懸臂梁協(xié)調(diào)技術(shù)結(jié)合，研制光纖彈簧管壓力檢測(cè)器，提高對(duì)于靈敏度的測(cè)試。

二、檢測(cè)壓力儀

檢測(cè)壓力儀器是用于拿氦氣、氮?dú)猱?dāng)作介質(zhì)的壓力（耐壓、保壓）測(cè)試，和真空保壓測(cè)試的儀器。有時(shí)候也會(huì)應(yīng)用于制冷需要的充氣試壓。提高生產(chǎn)率、加強(qiáng)生產(chǎn)過程的科學(xué)性，節(jié)約人力成本。

此裝置可同時(shí)給多臺(tái)機(jī)器進(jìn)行壓力測(cè)試（樣品），分別設(shè)定不同的測(cè)試參數(shù)。此過程中，就算沒有任何泄漏，壓力也會(huì)隨著溫度變化而變化，進(jìn)行精確換算，讓耐壓性能測(cè)試的結(jié)果更加科學(xué)也更加可靠。加入這種雙邊緣解調(diào)的光纖檢測(cè)壓力儀之后，整個(gè)機(jī)制顯得有條不紊，精確而又安全穩(wěn)定的計(jì)算準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性準(zhǔn)確性。

三、雙邊緣的實(shí)驗(yàn)測(cè)試

采用MLPG為濾波器，利用兩個(gè)濾波器輸出的光強(qiáng)的比值對(duì)數(shù)和被測(cè)波長(zhǎng)線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)。其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、制作簡(jiǎn)易、成本較低，而且含有5mm的交迭濾波帶寬，提高了精確度，適用于實(shí)驗(yàn)室方面做的研究。

為了對(duì)雙邊緣調(diào)解的光纖壓力檢測(cè)儀進(jìn)行靈敏度測(cè)試，采用測(cè)量壓強(qiáng)與中心波長(zhǎng)位置的原理進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)它從寬帶光源發(fā)出光然后進(jìn)入傳感的FBG，繼而反射形成窄帶光譜，彈簧管的壓力傳感器里，構(gòu)成光纖彈簧管壓力傳感后檢測(cè)，因?yàn)閴毫πｒ?yàn)臺(tái)上的標(biāo)準(zhǔn)的壓力表和研究所用的雙邊緣壓力測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部聯(lián)通，所以可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要的壓力將其逐步增壓，以得到相應(yīng)的壓力值，繼而記錄下檢測(cè)結(jié)果，列成表格，得出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，這樣的方式簡(jiǎn)潔而又方面精準(zhǔn)。

系統(tǒng)的雙邊緣解調(diào)技術(shù)的研究是根據(jù)雙邊緣解調(diào)技術(shù)的光纖壓力傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究得來的，它有兩個(gè)輸出端，一個(gè)輸入端，這樣的結(jié)構(gòu)科學(xué)而簡(jiǎn)單，兩個(gè)輸出端的透射曲線和波長(zhǎng)息息相關(guān)，具有良好的對(duì)程序，所以它也成為我們雙邊緣解調(diào)常常使用的檢測(cè)壓力的器件，具體數(shù)據(jù)制成表格后也顯而易見。

四、結(jié)論

對(duì)于光纖傳感器的測(cè)試儀來說，自然是靈敏度越大越好，上述描述的雙邊緣方式，具有線性關(guān)系好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，靈敏度相對(duì)較高等等方面的特點(diǎn)，將此種解調(diào)系統(tǒng)調(diào)制函數(shù) 作為輸出信號(hào)，可以最大限度并且有效和快速的減小光源波動(dòng)和光纖的結(jié)構(gòu)中鏈路對(duì)于光信號(hào)的強(qiáng)度的很大影響。雙邊緣解調(diào)的光纖檢測(cè)壓力儀因其成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，安全方便等等方面的先進(jìn)性，投入市場(chǎng)一定會(huì)得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊洋 《儀表技術(shù)與傳感器》 2008.09期.11-14

[2]吳朝霞 《光纖光柵傳感原理及應(yīng)用》 國(guó)防工業(yè)出版社 2013

[3]張森 《光纖傳感器及其應(yīng)用》 西安電子科技大學(xué)出版社2011

[4]張旭萍 《全分布式光纖傳感技術(shù)》 科學(xué)出版社 2013.01

[5]張偉剛 《光線光學(xué)原理及應(yīng)用》 南開大學(xué)出版社 2008.04