基于分布式反饋激光器的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)研究.pdf

1、光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG）傳感器具有體積小、成本低、耐腐蝕、靈敏度高等特性，廣泛的應(yīng)用于土木工程、航天技術(shù)、船舶航運(yùn)業(yè)等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)和機(jī)械設(shè)備檢測(cè)。目前，國(guó)內(nèi)外的低速光纖光柵解調(diào)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但在一些領(lǐng)域如旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的葉片監(jiān)測(cè)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)多參量動(dòng)態(tài)、瞬變等關(guān)鍵信息的獲取，低速光纖光柵解調(diào)技術(shù)的解調(diào)速度無(wú)法達(dá)到要求。
　　本文采用分布式反饋（Distributed Feedback，DF

2、B）激光器和高速調(diào)制電流驅(qū)動(dòng)構(gòu)成高速掃頻激光源，對(duì)高速數(shù)據(jù)采集進(jìn)行研究，并針對(duì)高速、高精度解調(diào)的波長(zhǎng)解調(diào)需求，最終研制出一種基于DFB激光器高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)。主要工作如下：
　　（1）研究基于DFB激光器的高速光纖光柵傳感解調(diào)方案，采用高速調(diào)制電流驅(qū)動(dòng)DFB激光器，形成100kHz的掃描激光器；采用FBG傳感器、光環(huán)器、光電轉(zhuǎn)換等光器件構(gòu)成光路模塊；采用高速AD采樣完成對(duì)FBG反射光譜數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，以FPGA作為嵌入式控制系

3、統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理；構(gòu)成高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光纖光柵100kHz高速解調(diào)。
　?。?）研究高速光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)方法，針對(duì)解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用半峰檢測(cè)尋峰算法和分段線性解調(diào)算法對(duì)FBG反射譜進(jìn)行尋峰運(yùn)算和波長(zhǎng)解調(diào)，保證峰值判斷的準(zhǔn)確性和高速性，提高系統(tǒng)波長(zhǎng)解調(diào)的精度；為提高解調(diào)系統(tǒng)波長(zhǎng)解調(diào)范圍，提出缺失波形修復(fù)方法，對(duì)在激光器掃描邊緣丟失大量數(shù)據(jù)的非完整FBG反射譜波形進(jìn)行修復(fù)，實(shí)現(xiàn)缺失FBG反射譜波形波長(zhǎng)解調(diào)。
　?。?

4、）研究解調(diào)系統(tǒng)多光柵復(fù)用，為提高解調(diào)系統(tǒng)復(fù)用容量，實(shí)現(xiàn)多光柵準(zhǔn)分布式解調(diào)，采用全同弱光柵替代強(qiáng)光柵作為檢測(cè)光柵，利用光時(shí)分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)解調(diào)系統(tǒng)多光柵傳感網(wǎng)絡(luò)解調(diào)。
　　（4）通過(guò)靜態(tài)溫度實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)對(duì)解調(diào)系統(tǒng)的性能進(jìn)行測(cè)試；驗(yàn)證了缺失波形修復(fù)算法；通過(guò)溫度實(shí)驗(yàn)對(duì)解調(diào)系統(tǒng)全同弱光柵傳感網(wǎng)絡(luò)復(fù)用能力進(jìn)行驗(yàn)證。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有很好地靜態(tài)、動(dòng)態(tài)解調(diào)能力；缺失波形修復(fù)算法使系統(tǒng)解調(diào)范圍提高40％。對(duì)比現(xiàn)有的解調(diào)技