基于虚拟仪器的光纤传感数据采集与处理系统

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1、2006年8月摘要利用光纤光敏特性制作的光纤光栅是目前最有发展前途的光纤无源器件之一，在光纤传感、光纤通信等领域有着广阔的应用前景。虚拟仪器是按照仪器需要组织起来基于计算机的数据采集系统，具有无缝集成、性能高、扩展性好等特点。本文基于虚拟仪器技术构建一个光纤传感数据采集与处理系统。该系统以可调谐激光器作为光源、光纤Bragg光栅作为调制单元、虚拟仪器作为数据采集单元实现了对光纤Bragg光栅反射谱的采集。分别利用恒温箱和悬臂梁完成了系统温度灵敏度和应变灵敏度的实验标定。分别采用中心波长法、功率加权法和线性拟合法对多光栅传感实验采集到的数据进行分析处理。本文完成的主要工作1．基

2、于耦合模式理论推导出均匀周期光纤Bragg光栅的滤波特性；根据光栅方程分别建立光纤Bragg光栅应变和温度传感的理论模型，并且验证了一种应变和温度同时传感的解调方法。2．阐述了采用虚拟仪器技术进行数据采集的原理和方法；完成了NI公司数据采集设备的噪声电压测试和波形同步循环测试；通过GPIB总线实现了对可调谐激光器的控制。3．采用可调谐激光器技术构建一个光纤Bragg光栅传感解调系统，实现了对光纤Bragg光栅反射谱的采集；分别利用恒温箱和悬臂梁完成了对光纤Bragg光栅温度灵敏度和应变灵敏度的实验标定；提出了采用可调谐光滤波器技术构建光纤Bragg光栅传感解调系统的方法。4．

3、分别采用中心波长法、功率加权法和线性拟合法对多光栅实验采集到的数据进行分析处理。功率加权法和线性拟合法的解调效果明显优于中心波长法。关键词：光纤传感；光纤Bragg光栅；虚拟仪器；解调方法；数据处理AbstractThefiberBragggrating伍BG)basedonfiberphotosensitivecharacteristicisoneofthefiberpassivecomponentswithpotentialprospectsandbroadapplicationinthefieldoffibersensing，fibercommunicationandS

4、Oon．Thevirtualinstrumentisthedataacquisitionsystemorganizedbasedoncomputeraccordingtoinstrumentrequirement，whichischaracterizedbyitsexcellentintegration，highperformance，goodexpansibilityandSOon．Afibersensingsystemwithdataacquisitionanddataprocessingbasedonvirtualinstrumenttechnologyispropos

5、edinthispaper．ThesystemiscomposedofatunablelaserastheSOurce，theFBGsasthemodulationunita，andthevirtualinstrumentequipmentsasthedataacquisitionunits．ThereflectionspectrumoftheFBGisacquiredusingthissystem．Thesensitivitiesoftemperatureandstrainarecalibratedbycalorstatandcantileverbeamseparately

6、．Thedataacquiredinmultigratingssensingexperimentsareprocessedandanalyzedbycentral-wavelengthalgorithm，wei曲edwavelengthalgorithmandlinearfittingalgorithmseparately．ThemajorachievementsinthisthesisaI℃：1．ThefiltercharacteristicoftheuniformperiodFBGisdeducedbasedonmodecouplingtheory．Thetheoreti

7、calmodelofstrainsensingandtemperaturesensingusingFBGisestablishedbasedongratingequation，andademodulationmethodforsimultaneousmeasurementofstrainandtemperatureistestified．2．Theprincipleandmethodofdataacquisitionusingvirtualinstrumenttechnologyisillustrate