[发明专利]基于MSP430的手持式光谱分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于MSP430的手持式光谱分析仪，属于光纤传感器领域，是一种光纤光栅传感器解调技术。

背景技术

光纤布拉格光栅(FBG)传感技术是上世纪80年代末发展起来的光纤传感技术，它是在光纤中写入布拉格光栅，利用其选择性反射特性从外界宽带入射光中产生窄带谐振反射光谱，当外界物理量，如应力、温度等改变时，布拉格周期被调制，从而引起反射光谱中心的移动，通过探测光谱中心的移动就能测量外界物理量的变化。与传统的机械类和电子类传感器相比，FBG传感器具有如下几方面的优势：(1)抗电磁干扰，电绝缘性好，抗腐蚀，能在高温高压和易燃易爆等恶劣环境下工作；(2)光纤轻巧柔软，尺寸小，重量轻，适合埋入式检测；(3)传输损耗小，可实现远距离测量等。与普通光纤传感器相比，FBG传感器还具有自己独特的优点，如：(1)测量信息是波长编码的，不受光源功率起伏、光纤微弯损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响；(2)避免了一般干涉型传感器中对相位测量参考点的需要；(3)容易采用波分复用技术实现分布式组网测量。因此，FBG传感作为光纤传感的一个重要的分支，受到了广泛关注，并且已经取得了持续和快速的发展，目前已在军事装备、工矿企业、能源环保、大型建筑等方面获得了广泛应用。

基于FBG的传感器，其核心技术除了传感器探头设计外就是光信号解调技术。传统的测量方法是通过机械扫描式光谱仪进行直接观测，其缺点是体积大、速度慢、价格高，常用于实验室解调，达不到工程应用化和产业化的要求。此外的主要解调方法还有：匹配滤波法(M.A.Davis and A.D.Kersey，Electronics Letters 31，822(1995)，B.Jiang，etal.，Optics andLasers in Engineering 49，415(2011))，光纤法布里-珀罗可调谐滤波器(FFP-TF)法(W.R.Allan，etal.，Sensors Journal，IEEE 9，936(2009)，A.D.Kersey，etal.，Opt.Lett.18，1370(1993))、边缘滤波法(Q.Wu，et al.，Optics & amp；Laser Technology 42，653(2010))、波长扫描光纤激光器法(S.H.Yun，et al.，OPt.Lett.23，843(1998)，W.Yiping，et al.，Photonics Technology Letters，IEEE 18，1539(2006))等。其中匹配滤波和边缘滤波法的主要缺点是解调范围较小，FFP-TF法虽然具有较大解调范围，但是需要附加温漂抑制措施以使其稳定工作，扫描激光器法速度和范围都比较理想，但是体积还稍大并且比较昂贵。本说明书所述基于MSP430的手持式光谱分析仪采用线阵探测器光栅光谱仪亚像素拟合法。

日本滨松光子学株式会社(http://www.hamamatsu.com)介绍了该公司基于微机电系统(MEMS)光栅和Back-thinned CCD/CMOS线阵/InGaAs线阵图像传感器的类似产品，但因为该产品线为通用光谱分析设备，并非针对C波段(1529-1561nm)FBG传感所设计，所以工作波段不匹配并且分辨率不能满足FBG信号解调要求。美国海洋光学(http://www.oceanoptics.com/)的产品同样存在上述问题。丹麦Ibsen光子公司(http://www.ibsenphotonics.com/)的产品主要以OEM模块形式出售，需要采集卡和PC机等设备协同工作，不适合直接作为便携式产品在外场使用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有产品的不足之处，本发明提出一种针对C波段FBG传感用基于MSP430的手持式光谱分析仪，可以满足FBG传感器现场测量要求。

技术方案