基于匹配光栅线性调谐的光纤光栅多路解调方法研究(1)

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要光纤布拉格光栅(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

2、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。本文提出了一种基于匹配光纤光栅扫描滤波解调的光纤光栅解调方案，利用微机控制步进电机对匹配光栅施加压力和拉力从而与测量光栅匹配，达到对温度、应变等传感信号的解调。创新性的提出了“多路解调”的概念，利用多个匹配光栅对多路传感信号集中、同时解调，不仅能够精确的检测出Bragg反射波长的微小位移，还有效的解决了多路FBG的解调问题，大大拓宽了光栅串联系统的测量范围，满足了大型传感系统多点测量的需要。由于其解调原理简单，成本较低

3、，并且稳定可靠，可望在光纤传感领域得到实际应用。本文是一个涉及到光、机、电的复杂研究系统，本文所做的主要工作包括：(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，并针对实际光纤传感应用中所面临的问题，提出了新的解调方案：即采用基于弹性梁的匹配光栅线性调谐扫描滤波的方法来对传感信号进行解调，并特别将此方案推广到光纤光栅多路解调的应用。(3)选用了若干光栅构成了匹配光栅和传感光栅网络，以分布式温度变量l武汉理工大学硕士学位论文为被测对象进行多路传感解调实验。设计并搭建了整套实验所

4、用的光、机、电路系统，并自行开发出计算机并口多路数据采集和处理软件。(4)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步数特性曲线，最终确定了其温度值。(5)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。关键词：光纤光栅光纤传感匹配线性调谐多路解调温度传感Ⅱ武汉理工大学硕士学位论文AbstractFiberBraggGrating(FBG)isanewfundamentalfiberopticdevicethatisexpectedtobeofgreatapplicativeprospectinfibercommunicati

5、on，fibersensingandotherelectro-opticsprocessingfields．NowadaysthemanufacturingandapplicationresearchonFBGisturnedintohotfieldintheworld’Sfiberopticstechnology．Asasensor,FBGCanbeimmunefromlightsourcedisturbanceandsystemlossbytransformingsensinginformationintoitsreflectingwavelength

6、shift，thatiswavelengthcoding．Besides，FBGisofgoodreliance，imnlunefromelectromagneticsignalsandcorruption,andcallbeconstructedasFBGsnetworkbybeingputtogetheronasinglefiberSOastorealizedistributedsensing，whichisanunexampledmeritforFBG．ThekeypointinFBGsensorsliesinprecisemeasurementof

7、minuteshiftofBraggreflectingwavelength，thatisdemodulatingthecodedsignalsofwavelength．ThoughitiscailbeachievedbyOpticalSpectrumAnalyzer(OSA)withhighresolution，OSAcannotbeappliedintopracticalsituationbecauseofitshuge-sizeandhi【gh—cost．Sodevelopinghigh-resolutionandlow-costFBGdemodul

8、atoristhekeyissuewhenitcomestoFBG