波分復(fù)用光纖光柵振動傳感網(wǎng)絡(luò)解調(diào)系統(tǒng)研究.pdf

1、近20年來，光纖傳感器因其質(zhì)量輕、體積小、靈敏度高等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用在傳感和測量領(lǐng)域。而光纖布拉格光柵(FBG)傳感器作為光纖傳感器的一類產(chǎn)品除了具備以上特點外，還具有對光強波動不敏感、測量精度高、重復(fù)性好，利用波分復(fù)用、時分復(fù)用技術(shù)易于組建傳感網(wǎng)絡(luò)等獨特優(yōu)點，是目前光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點之一。目前基于緩變參量測量和波分復(fù)用分布式傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，而在許多領(lǐng)域迫切需要利用光纖光柵傳感器實現(xiàn)快速、瞬態(tài)信號的測量。如脈沖強磁體內(nèi)

2、部線圈在通電瞬間的應(yīng)力變化量測量，由于脈沖強磁體工作在液氮、強電磁場的環(huán)境下，其內(nèi)部空間狹小，一般傳統(tǒng)的電類傳感器無法嵌入到磁體線圈內(nèi)部，而且電類傳感器無法串接導(dǎo)致引線數(shù)量龐大、易受電磁干擾；航空發(fā)動機運行時旋轉(zhuǎn)葉片的在線健康監(jiān)測；對防爆條件要求苛刻的化工設(shè)備故障、儲油罐或石油管道的泄漏誘導(dǎo)的瞬態(tài)應(yīng)變或振動監(jiān)測；用光纖光柵實現(xiàn)加速度傳感等。以上情況的瞬態(tài)應(yīng)變和頻譜信息對研究設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性和完整性顯的尤為重要。目前制約光纖光柵測

3、量高頻振動或者瞬態(tài)應(yīng)變的關(guān)鍵技術(shù)問題是波長信號的解調(diào)。傳統(tǒng)的波長解調(diào)設(shè)備采用可調(diào)諧F-P濾波器作為波長選擇器件，而可調(diào)諧F-P濾波器一般采用壓電陶瓷驅(qū)動的機械結(jié)構(gòu)，因此掃描頻率一般只有幾千Hz。本著以服務(wù)實際工程需要的原則，本課題研究設(shè)計了一套基于邊緣濾波技術(shù)的光纖光柵高速振動傳感網(wǎng)絡(luò)解調(diào)系統(tǒng)。因為基于邊緣濾波原理，不需要可調(diào)諧F-P濾波器循環(huán)掃描，解調(diào)速度可以達(dá)到數(shù)十千Hz；采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)和算法處理可以自動跟蹤光纖光柵邊緣線性區(qū)域而

4、避免不便的手動調(diào)諧；可調(diào)諧F-P濾波器的摻鉺光纖環(huán)形激光器輸出作為波長參考，通過調(diào)諧輸出波長可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)式測量。
　　 論文的主要內(nèi)容包括：簡述了光纖布拉格光柵傳感的基本原理、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。重點介紹了國內(nèi)外在光纖光柵解調(diào)技術(shù)方面的發(fā)展現(xiàn)狀。對目前幾種常用的光纖光柵傳感器解調(diào)技術(shù)從原理和數(shù)學(xué)角度進(jìn)行了詳細(xì)描述，比較了各種方案的優(yōu)缺點和適用范圍。在光纖光柵傳感技術(shù)理論分析與研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于邊緣濾波原理的光纖光柵振動傳感

5、網(wǎng)絡(luò)解調(diào)系統(tǒng)。研制了可用于光纖光柵振動解調(diào)系統(tǒng)的可調(diào)諧窄帶光源。分別設(shè)計了ASE加FP濾波器輸出的窄帶光源和可調(diào)諧摻鉺光纖環(huán)形腔激光光源。對這兩種光源進(jìn)行了比較，選擇適合用于邊緣濾波解調(diào)的可調(diào)諧窄帶光源。完成系統(tǒng)各部分硬件電路的設(shè)計，如980nm泵浦源驅(qū)動電路、FP掃描驅(qū)動電路、光電轉(zhuǎn)換電路。完成系統(tǒng)光路的設(shè)計。數(shù)據(jù)采集和處理使用NI采集卡，用LabView設(shè)計了整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理軟件。對光強擾動影響分別采用三種不同的解決方法，對每