基于TDM／WDM与匹配光栅解调的高速应变测试系统.pdf

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1、2013年仪表技术与传感器2013第1期InstrumentTechniqueandSensorNO．1基于TDM／WDM与匹配光栅解调的高速应变测试系统曾德兵，闰连山，陈娟予，吴宗玲，王波(西南交通大学信息科学与技术学院，四川成都610031)摘要：复用能力与解调速率是光纤光栅传感系统实用性的关键技术。采用在时分复用中引入了波分复用的方法，实现分布式测量，引入匹配光栅进一步降低了纯光时分复用系统中信道串扰的问题；系统中无传统扫描滤波或信道选择器件，大幅提升了解调速率。原型系统在一个风机叶片模型上进行

2、测量与验证，实现了10kHz速率下1O个信道的应变实时监控。关键词：光纤布拉格光栅；光时分复用；波分复用；匹配光栅；应变中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)O1—0044—03Ultra—fastStrain-sensorSystemBasedonTDM／WDMandMatchedGratingZENGDe—bing，YANLian—shan，CHENJuan—zi，WUZong—ling，WANGBo(SchoolofInformationScienceand

3、Technology，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：MultiplexinganddemodulationarekeytechniquesforpracticalapplicationsoffiberBragggratingsensorsystem．Adistributedstressmonitorwasachievedbysimultaneouslyusingwavelengthdivisionmultiplexin

4、g(WDM)andtimedivisionmulti—plexing(TDM)technology．Channelcrosstalkwasfurtherreducedbyusingmatchedgratings．Thedemodulationspeedwasgreatlyimprovedwithoutscanningfilters．Theprototypeisverifiedusingawindblademodelandsuccessfullytenchannelsstressmonito—ringw

5、ithaspeedof10kHzisachieved．Keywords：FBG；TDM；WDM；matchedgrating；strain0引言调系统，实现了m量级的分布式同步监控。并且在国内首先随着光纤技术的成熟，光纤光栅传感器以高灵敏度、抗电达到了10kHz速率下的10个信道应变的实时监控。所提出的磁干扰、强复用能力等特有优点，成为传感器应用领域的研究技术不仅解决了波分复用系统中解调速率低的缺点，而且克服焦点，与传统的电传感器相比具有很大的优势，在工程结构、电了时分复用系统中信道间的串扰，并在一个

6、小型风机叶片上进力工业、风电等大型机械结构领域也存在着广阔的应用前行了测量与验证。景。1原理在实际的商业应用中，基于光纤光栅传感原理的解调装置系统原理图如图1所示：系统采用匹配光栅法解调传感光是主要的研究热点和方向。现有的解调方案主要有可调谐滤信号，而在复用技术方面则使用时分／波分复用以提高系统的波法(F—P腔法)、干涉检测法、匹配光栅滤波法等。但信道数量。图1中AA：，⋯，Aln为传感光栅；A2，A22，⋯，A2是可调谐滤波法采用微机械结构控制谐振腔的腔长，当谐振腔为匹配光栅，A与A参数相同(i=l

7、，2，⋯，n)。的腔长是光信号波长的整数倍时，对应波长的光信号被选出，因此这种方法的扫描周期较长；干涉检测法由于它本身的重复性较差，因而不具有实用意义；而匹配光栅滤波法相比其他方法有性价比高、重复性好、解调速率高的优点，具有广阔的应用前景J。另一方面，现报道的分布式光纤光栅传感系统多采用WDM+F—P腔一71、WDM+动态匹配光栅解调或者是空分波分复用+干涉检测等方法，但是这些方案都需要一个信道选择器件，因此其解调速率较低、重复性及实用性较差，限制了光栅传感系统在商业上的应用。利用光时分复用(OTDM

8、)、波分复用(WDM)与匹配光栅结合的原理，在不使用光开关、阵列波导光栅、F—P腔等任何信道选择器件的前提下，设计并成功研发出一套高速FBG应变解图1应变测试系统的原理图1．1匹配光栅原理基金项目：国家自然科学基金项目(60972003)；四川省科技支撑计划重大项目(2011GZ0239)当温度一致且无应力作用时，传感光栅与匹配光栅的反射收稿日期：2012—02—15收修改稿日期：2012—09—20波长相同，光电探测器PD测得的光功率最大。当传感光栅受