光纖光柵分布式傳感系統(tǒng)及其在煤礦安全監(jiān)測中的應用.pdf

1、光纖光柵是近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一。由于光纖光柵對特定波長的光具有反射作用，并且其反射中心波長隨著溫度、應力等物理量的變化而變化，具有優(yōu)良的溫度和應變響應特性，所以它在傳感領域有著廣泛的應用前景。光纖光柵傳感器的主要優(yōu)點之一是便于構成分布式傳感系統(tǒng)，而構成分布式傳感系統(tǒng)最關鍵技術之一是復用技術，包括波分復用(WDM)、時分復用(TDM)、空分復用(SDM)及它們的組合復用技術。 光纖光柵的復用技術使得多個傳感光柵共用

2、一個光源和一個解調系統(tǒng)，它不但可以減少每個傳感頭上花費的成本，也可以大大減小整個傳感系統(tǒng)的體積。光纖光柵分布式解調系統(tǒng)的成本通常占整個分布式傳感系統(tǒng)成本的絕大部分，它的監(jiān)測精度也往往決定著整個系統(tǒng)的精度，所以說解調系統(tǒng)是光纖光柵分布式傳感系統(tǒng)的核心。 本文是以光纖光柵分布式傳感解調系統(tǒng)的設計和應用為目的。主要研究了以下幾個方面的問題： 第一章在對國內外研究現狀進行了深入分析的基礎上，介紹了當前光纖光柵傳感技術的發(fā)展趨勢

3、及其在實際應用中需要解決的幾個主要問題。 第二章從理論上推導了光纖光柵的溫度和應變的傳感特性以及二者的交叉靈敏度。并通過實驗證明了光纖光柵傳感器的中心波長與溫度、應變有良好的線性關系，光纖光柵作為傳感器具有很好的回復性和重復性。與應變片的測量結果對比可知，光纖光柵比應變片具有更好的性能。實驗中采用溫度結果補償的參考FBG法，通過溫度補償前后的數據分析結果，證明了這種方法有很好的溫度補償效果。 第三章具體分析了光纖

4、光柵分布式解調的原理及常用的四種解調方法，介紹了分布式系統(tǒng)中常用的幾種復用方法，指出了分布式解調所面臨的一些問題。 第四章在上面分析的基礎上設計了一種基于可調諧光源的光纖光柵分布式傳感解調系統(tǒng)。通過對光路、電路等硬件部分的設計，通過LabVIEW軟件編程控制DAQ2005數據采集卡，并用相關分析的思想對采集的數據進行編程，實現了4個通道同時解調。解調系統(tǒng)的動態(tài)頻率為IHZ；掃描范圍為1525nm～1565nm；測量精度為5pm；

5、每一通道最遠測量的距離大約為lOkm左右；如果每個傳感器的變化范圍為4nm(考慮波長間隔，緩沖區(qū)，所用傳感器最大的測量范圍)，每個通道可串聯10個光纖光柵傳感器，能滿足波分、空分及二者結合復用的分布式傳感陣列的解調需求。 第五章將設計的光纖光柵分布式傳感解調系統(tǒng)，應用到實驗室建立的煤礦巷道的物理模型中，模擬礦井實際的安全需求情況，進行溫度，應變的實際測量，用多傳感器數據融合的理論對最后的測量結果進行了數據分析，并把分析的結果用于