分布式FBG传感器的计算机信息处理系统的研究

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光纤布拉格光栅(FBG)是国际上新兴的一种在光纤通讯、光纤传感等光电子处理领域有着广泛应用前景的基础性光纤器件。当前FBG的制作与应用研究成为世界各国光纤技术研究的热点和重点。作为传感元件,光纤光栅将被感测信息转化为其反射波长的移动,即波长编码,因而不受光源功率波动和系统损耗的影响。另外,光纤光栅具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等特点,易于将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列,实现分布式传感,这是其他传感元件所不及的。FBG传感器的关键就在于精确的检测Bragg反射波长的微小移动,即对波长编码信号进行解调。利用高精度的光谱分析仪可以达到这一目的,但由于其体积庞大,价格昂贵,很难用于实际应用中。开发出高精度、低成本的FBG解调器是将FBG传感器产业化的关键。目前国内不少部门和研究单位对其解调技术进行了很多研究,但是大多数处于实验室研究阶段,离实用化,工程化,产品化的标准还有相当距离。 本文设计了一种高精度、光能利用率高、价格低廉、操作简便、实时显示检测目标参数变化的适合工程应用的分布式光纤多FBG传感器波长解调系统。该系统采用可调谐光纤Fabry-Perot滤波法对FBG波长变化进行解调,通过A/D转换电路将调谐控制信号和波长变化的信号送入计算机并口,经过计算机信息处理系统的滤波,分析,处理,可得到相应被测参量的变化。 本文首先从理论上分析设计了该解调方案的可行性及可以达到的性能指标,对方案的设计进行详细论述,然后通过自己开发的解调软件系统对系统的分辨率进行了实验验证,分析了系统的性能,在对实验结果的分析基础上提出改进系统性能的方案。 本文所做的主要工作: (1)阐述了光纤Bragg光栅的工作原理,系统研究了光纤光栅的温度、应变传感特性。 (2)对现有的光纤光栅解调方案进行了分析和比较,在前人研究的基础上,武汉理工大学硕士学位论文设计了一整套分布式FBG传感解调系统,搭建了整个分布式FBG解调系统的实验装置系统,以分布式温度变量为被测对象进行多路传感解调实验,开发出计算机多路数据处理软件。 (3)对实验数据进行了处理和分析,得出了传感网络中各个测量光栅的温度一波长特性曲线,最终确定了其温度值。在实验结果的基础上总结该方案的优缺点,并提出了改进意见。
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