迟滞和蠕变补偿的F-P滤波器波长解调方法研究*

路元刚 王 缘 彭楗钦 杨雁南 赵 宁 王同光

(1.南京航空航天大学理学院，南京，211106； 2.南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室，南京，210016)

引 言

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating，FBG)由于其体积小、精度高、响应快、耐腐蚀及电磁绝缘等优良特性，过去几十年在各类结构的温度与应变传感领域得到了蓬勃的发展[1-4]。FBG对温度与应变的测量，可通过探测其反射或透射中心波长的改变量来实现。对FBG反射或透射中心波长的解调方案中，可调谐法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)滤波器解调法是应用较多的方法[5]。而获得可调谐F-P滤波器的透过波长，一般是利用F-P滤波器驱动电压和透过波长之间的近似线性关系来解调。但在实际应用中，因F-P滤波器中的运动部件锆钛酸铅压电陶瓷(Pb(Zr1-xTix)O3，PZT)具有迟滞和蠕变等不良特性，导致不同时刻同一驱动电压对应的F-P滤波器输出波长不同，解调误差较大，因此需要针对PZT的迟滞和蠕变进行补偿控制。目前在一些高电压精密位移驱动领域已有PZT迟滞和蠕变补偿控制研究。Kuhnen等人使用改进Presiach控制模型将PZT驱动位移误差降低到了4%[6]，Ru等人使用开环控制的方法将PZT位移跟踪误差降到了2%[7]，Xiao等人利用Bouc-Wen逆模型方法使低频正弦波驱动的PZT位移误差降低到了0.05 μm[8]。上述研究中，PZT上所加的驱动电压范围大、电压变化速度快，而F-P滤波器中的PZT所加驱动电压范围较小、电压变化速度较慢，其PZT的迟滞和蠕变特性有所不同。在F-P滤波器驱动电压控制研究中，刘琨等研究了F-P滤波器中的PZT迟滞补偿方法[9]，王鹏等人利用改进串联方法对F-P滤波器驱动电压和输出波长进行实时校准[10]，于效宇等人设计并联实时校正系统，对F-P滤波器迟滞特性进行控制[11]。……