基于光纤bragg光栅温度传感系统的研究

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1、南昌航空大学硕士学位论文基于光纤Bragg光栅温度传感系统的研究姓名：文海明申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：万生鹏20070617南昌航空大学硕士论文摘要布拉格光纤光栅温度传感系统光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。光纤Bragg光栅传感器是利用Bragg波长对温度、应力的敏感特性而制成的一种新型的光纤传感器，除具有传统电类传感器的功能外，它还具有分布传感、抗电磁干扰、精度高、长期稳定性好等优点，在大型复合材料和混凝土的结构监测、智能材料的性

2、能监测、电力工业、医药和化工等领域有着广阔的应用前景。本文的主要内容包括:介绍了光纤Bragg光栅的理论模型，并用耦合模式理论分析了光纤Bragg光栅和长周期光栅的光谱特性，设计了一个全新的FBG传感器封装增敏方案，系统研究了光纤光栅的温度、应变传感特性，并对现有的光纤光栅解调方案进行了分析和比较，提出并建立了一套基于长周期光纤光栅的边缘滤波的温度解调系统。主要工作有以下几个部分：光路设计，电路设计，软件编程。光路部分,选择合适的解调方案，定制光纤光栅和光纤光栅传感器，使用缠绕法解决了在没有光纤端面匹配液的情况下将光纤端面反

3、射率降到最低的问题。围绕光纤光栅自身精度提高的问题，设计了一种在密闭容器中实现FBG传感器封装增敏的方案。利用对称结构消除一些不利因素，可以在减小误差因素的同时提高传感器本身的测量精度。电路方面，搜集了大量的资料，找到一种合适的电流电压转换电路，完成了光强到电压的转换。查数据采集卡的说明书，正确的使用和安装数据采集卡，完成线路上连接。在软件方面，熟悉动态函数库的调用和图形编程的使用，熟练掌握labview7.1的语言结构，编写出配套的软件实现对数据采集卡的控制，数据采集和数据处理等。传感Bragg光栅的Bragg波长受到温度

4、的动态调制，反射回来的光进入光纤耦合器，然后一路进入一个由长周期光栅组成的边缘滤波器，导入光电探测器，一路直接进入探测器。传感系统通过检测光电探测器得到的电流之比，反射光中心波长λ和直接测量值I/I呈线性关系，由此可以求出动态的λ值。利用长周BsRB期光栅的斜边将其较好地构造成一个线性滤波器，所以斜边的斜率直接影响到测量的灵敏度。电流信号通过电流电压转换电路换化成电压信号，用数据采集卡对电压信号进行采集。通过Labview7.1对数据采集卡进行编程控制以及对数据进行滤波处理，得到所需要的结果，这是本文软件部分的核心内容。这里

5、大量的使用图形编程实现了在VC++中的if和case语句，使编程变得更为简洁和方便，也更好理解。实验证明该方法采用了较好的补偿措施，能够有效地抑制光源输出功I南昌航空大学硕士论文摘要率的起伏，连接干扰和微弯干扰等不利因素，且系统反应迅带，成本较低，使用方便。关键词:光纤Bragg光栅，长周期光栅，边缘滤波，数据采集II南昌航空大学硕士论文AbstractAbstractThefibergratingisadiffractivefiber,thecoreaxialrefractiveindexofwhichismodulate

6、dperiodically.Itisapassiveinstrument.FiberBragggrating(FBG)sensor,basedontheBraggwavelengthsensitivetotemperatureandstrain,isanewkindoffibersensor.Inadditiontohavingthesamefunctionsasthetraditionalelectricsensors,theFBGsensoralsohassomespecialcharacteristicssuchasd

7、istributedsensing,immunetoelectromagneticinterference,highprecisionandlong-termstability.Soithaswidelyapplicableperspectiveinmanyfieldssuchasthestructuremonitoringoflargecompoundmaterialandconcrete,theperformancemonitoringoftheintelligentmaterials,electricalpowerin

8、dustry,medicineindustry,chemicalengineeringet.Thepaperhasafewpartsasfollows:ThefundamentaltheoryofthefibergratingisintroducedandthespectrumofFBGi