分布式光纤bragg光栅传感器的应用与研究

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1、分布式光纤Bragg光栅传感器的应用与研究 摘要:随着电子技术的飞速发展，人们生活水平的不断提高，越来越多的高新技术应用到生活，服务于人们的生活成为社会发展必然的趋势。传感器作为智能系统的“感官”扮演者越来越重要的角色，只有保证感觉而来信息准确无误差、稳定而不间断成为保证智能系统连续有效运行的前提。光纤传感技术结合光纤特有的性质无论是在准确性、稳定性、抗干扰能力还是在价格成本等方面具有较大的优势从而迅速成为传感领域研究的焦点。 　　　本文详细的介绍了光纤Bragg光栅传感器的特点以及传感系统的组成，在理论上证明了光纤Bragg光栅传感系统的可行性，结合光纤Bragg光栅传

2、感系统的特性，采用体积小、成本低、精度和分辨率较高的可调谐光纤F-P滤波器检测法方法作为本系统的解调方法。以韩国三星公司推出的S3C2440A芯片为主控核心和操作系统以C语言和汇编语言完成光纤Bragg光栅传感系统的编程实现。 　　　本文设计的光纤Bragg传感系统，除了具有光纤的优点以外，还具有特定的滤波特性，在不同的监测环境条件下对各种待测参量具有很高的响应灵敏度，结合复用技术，可以在同一根光纤上写入多个光栅，实现对待测参量高精度、高稳定、高质量的分布式测量及监控。 图［76］表［10］参［52］ 关键词：光纤Bragg光栅；F-P滤波器；S3C2440A；；复用

3、技术 分类号：TP315 1绪论 1.1研究背景及意义 　　　传感技术作为智能系统中的“感官”在不断推成出新的信息产业中扮演着越来越重要的角色，对外界大量的信息进行精确的收集并且不断的更新保证信息反馈成为系统安全稳定运作的前提。对于在机械、电子、测量、控制等领域，传感器是必不可少的关键部件。试想如果没有传感器，那么我们所需要的各种检测信息从何而来，这样一来支撑现代人类文明的科学技术就不能得到发展，整体人类社会也会因此停滞不前，惟有作为“大脑”的计算机技术和“感官”的传感器技术协调发展才能促进科学技术的不断发展进步。传感器已经存在于人类生活的各个领域，为此，在80年代

4、初期，发达国家就已经对传感器在科技领域的作用进行了新的评估，美国的80年代被称为传感器时代，同时把传感器技术列为90年代中最重要的关键技术之一，日本也曾把传感技术列为科研领域十大技术之首，在我国的“863计划”、“科技攻关”等计划中也把传感器的研究放在重要位置。 　　　传感器的定义是：感受并且接受到特定规律的的某种信号并且可以将这种信号转换为可用信号的一种装置。在一般情况下，传感器由敏感部分以及将相应规律信号转换为可用信号的电子线路组成。光纤传感器是70年代起伴随着光纤通信技术的飞速发展而发展起来的一种新型的传感器，经过30多年的不断研究发展已经取得了很大的进步，各种各样

5、种类繁多的光纤传感器被开发出来并应用到实际生活当中。传统的传感器以电信号为载体，利用导线进行信号传输，因此会受到各种外界坏境的干扰，例如会受到强磁、高温、高压等的影响，而光纤传感器则以光为传输载体，有体积小、重量轻、灵敏度高，抗电磁干扰、电绝缘性能好等特点，利用光信号传输的特殊性，可以适用在高温、高压、强腐蚀性、高爆炸危险性的检测环境中，可以对温度、压力、位移等各种待测量进行高精度测量。 　　　自1970年第一根光纤被制作出来应用到实际工程当中以来，检测振动、压力、加速度、温度等待测量的光纤传感器相继被开发出来。1989年光纤光栅首次被引入做传感后，引起来各方面的广泛关注

6、，各国政府都投入了大量的人力、物力、资金对此进行了深入仔细的研究，光纤光栅作为一个传感元器件，它具备一般电传感器无法比拟的优点： 　　　(1)光纤光栅传感器较普通传感器在强干扰和强腐蚀的检测环境下具有无可比拟的优势，更加适合在恶劣的环境下工作；同时对微弱信号的处理上可以实现实时处理和长距离精确传输；光纤光栅传感频带宽、动态范围大而且测量精度和灵敏度高，易于埋入或附着结构体表面，可以实时提供结构体安全性等方面的信息。 　　　由于光的波长是光的一种固有属性，对于被检测的信息进行采用波长进行编码，其待测信息不受到光源功率、光纤弯曲以及其他元器件老化等因素的影响，具备较高的准确

7、和稳定性。 　　　(3)光纤光栅结构简单，尺寸较小所以适用范围很广，特别针对一些大型的结构或者智能系统，可以对其内部的温度、压力等参量进行高分辨率的精准测量。 　　　(4)光纤网络的具备很强的复用性，在同一根光纤上可以安装多个独立的光纤光栅，多个光栅组成的传感网络可以实现对待测量实时的分布式测量。 　　　光纤光栅传感器以其独特的优势经过持续不断的发展已经成为了光纤通信系统中不可或缺的组成部分。近年来，人们的研究热点开始从成熟的光纤通信技术向光纤传感技术转移。由于其独特的优点和市场广阔的发展前景，光纤传感器飞跃