波分復(fù)用光纖光柵振動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)解調(diào)系統(tǒng)研究.pdf

1、近20年來(lái)，光纖傳感器因其質(zhì)量輕、體積小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在傳感和測(cè)量領(lǐng)域。而光纖布拉格光柵(FBG)傳感器作為光纖傳感器的一類產(chǎn)品除了具備以上特點(diǎn)外，還具有對(duì)光強(qiáng)波動(dòng)不敏感、測(cè)量精度高、重復(fù)性好，利用波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用技術(shù)易于組建傳感網(wǎng)絡(luò)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，是目前光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。目前基于緩變參量測(cè)量和波分復(fù)用分布式傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，而在許多領(lǐng)域迫切需要利用光纖光柵傳感器實(shí)現(xiàn)快速、瞬態(tài)信號(hào)的測(cè)量。如脈沖強(qiáng)磁體內(nèi)

2、部線圈在通電瞬間的應(yīng)力變化量測(cè)量，由于脈沖強(qiáng)磁體工作在液氮、強(qiáng)電磁場(chǎng)的環(huán)境下，其內(nèi)部空間狹小，一般傳統(tǒng)的電類傳感器無(wú)法嵌入到磁體線圈內(nèi)部，而且電類傳感器無(wú)法串接導(dǎo)致引線數(shù)量龐大、易受電磁干擾；航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)葉片的在線健康監(jiān)測(cè)；對(duì)防爆條件要求苛刻的化工設(shè)備故障、儲(chǔ)油罐或石油管道的泄漏誘導(dǎo)的瞬態(tài)應(yīng)變或振動(dòng)監(jiān)測(cè)；用光纖光柵實(shí)現(xiàn)加速度傳感等。以上情況的瞬態(tài)應(yīng)變和頻譜信息對(duì)研究設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性和完整性顯的尤為重要。目前制約光纖光柵測(cè)

3、量高頻振動(dòng)或者瞬態(tài)應(yīng)變的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是波長(zhǎng)信號(hào)的解調(diào)。傳統(tǒng)的波長(zhǎng)解調(diào)設(shè)備采用可調(diào)諧F-P濾波器作為波長(zhǎng)選擇器件，而可調(diào)諧F-P濾波器一般采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此掃描頻率一般只有幾千Hz。本著以服務(wù)實(shí)際工程需要的原則，本課題研究設(shè)計(jì)了一套基于邊緣濾波技術(shù)的光纖光柵高速振動(dòng)傳感網(wǎng)絡(luò)解調(diào)系統(tǒng)。因?yàn)榛谶吘墳V波原理，不需要可調(diào)諧F-P濾波器循環(huán)掃描，解調(diào)速度可以達(dá)到數(shù)十千Hz；采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)和算法處理可以自動(dòng)跟蹤光纖光柵邊緣線性區(qū)域而

4、避免不便的手動(dòng)調(diào)諧；可調(diào)諧F-P濾波器的摻鉺光纖環(huán)形激光器輸出作為波長(zhǎng)參考，通過(guò)調(diào)諧輸出波長(zhǎng)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)式測(cè)量。
　　 論文的主要內(nèi)容包括：簡(jiǎn)述了光纖布拉格光柵傳感的基本原理、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。重點(diǎn)介紹了國(guó)內(nèi)外在光纖光柵解調(diào)技術(shù)方面的發(fā)展現(xiàn)狀。對(duì)目前幾種常用的光纖光柵傳感器解調(diào)技術(shù)從原理和數(shù)學(xué)角度進(jìn)行了詳細(xì)描述，比較了各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。在光纖光柵傳感技術(shù)理論分析與研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于邊緣濾波原理的光纖光柵振動(dòng)傳感

5、網(wǎng)絡(luò)解調(diào)系統(tǒng)。研制了可用于光纖光柵振動(dòng)解調(diào)系統(tǒng)的可調(diào)諧窄帶光源。分別設(shè)計(jì)了ASE加FP濾波器輸出的窄帶光源和可調(diào)諧摻鉺光纖環(huán)形腔激光光源。對(duì)這兩種光源進(jìn)行了比較，選擇適合用于邊緣濾波解調(diào)的可調(diào)諧窄帶光源。完成系統(tǒng)各部分硬件電路的設(shè)計(jì)，如980nm泵浦源驅(qū)動(dòng)電路、FP掃描驅(qū)動(dòng)電路、光電轉(zhuǎn)換電路。完成系統(tǒng)光路的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集和處理使用NI采集卡，用LabView設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理軟件。對(duì)光強(qiáng)擾動(dòng)影響分別采用三種不同的解決方法，對(duì)每