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光纤布拉格光栅(FBG)是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光纤光栅对特定波长的光具有反射作用,反射光波的峰值波长随着温度、应力等物理量的变化而变化,并具有优良的温度和应变响应特性;因此,光纤光栅在传感领域有着广泛的应用。 FBG传感器是以光纤为载体实现物理量的测量和传输的新型传感器。它具有耐压高、抗电磁场干扰、绝缘性好、体积小、重量轻、对环境变化不敏感,信噪比和灵敏度高等优点,并可同时作为传感元件和传输媒介,容易实现分布式测量,便于实现远距离传输。但光纤光栅传感技术是近几年才出现的一种新兴传感技术,许多方面还需要进一步的研究和改进。 本文综述了近年来FBG的研究成果,从光纤光栅的理论模型入手,围绕FBG的成栅机理、结构特点等对FBG的光学特性、匹配光栅解调技术进行了具体分析,主要在FBG的振动传感原理、波长解调技术、数据处理以及传感器测量系统等方面进行了一定的研究。利用光纤光栅振动传感机理,从匹配光栅解调系统构成的角度提出了FBG振动传感和波长解调的研究方案,为光纤光栅振动传感技术实现动态测量奠定了一定的理论基础,对光纤光栅振动传感器的分析和应用具有一定的指导意义。 论文的主要研究内容如下: 1.简要分析了FBG传感技术的基本原理、传感特性。对现有较为成熟和常见的光纤光栅波长解调方法进行总结。 2.利用耦合模理论推导了光纤光栅反射和透射谱的数学模型以及其反射峰半波带宽的表达式,以及光栅参数对其反射特性的影响。 3.根据光纤光栅反射光信号的特点,对光电二极管进行选型并设计光电转换电路。根据光电二极管的特性分析了光电二极管转换的光功率与中心波长的关系及波长转换的灵敏度。 4.使用VC语言编程对ADLINK公司的DAQ2005数据采集卡进行初始化,并实现数据采集和处理功能,测试该数据采集卡的精度能符合实验要求。 5.设计搭建光纤光栅振动传感实验系统,对系统各环节进行了理论上的模拟和计算,利用反卷积理论进行仿真分析。 6.根据单点的FBG振动传感解调实验原理进行实验。采用快速傅里叶变换(蝶形变换)