光纤布拉格光栅解调系统和传感新方法的研究

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光纤布拉格光栅能实现对应变、温度等多种外界物理量的测量,在传感领域有着广泛的应用前景。利用布拉格光栅制成的传感器以检测波长漂移为主,不受光源功率波动和系统损耗的影响,因此自问世以来,光纤布拉格光栅就受到了众多研究者的青睐。随着光纤光栅技术的成熟,现在研究的重点转向了解调系统的开发和新型传感方法的研究,其中布拉格波长的测量精度是关键,不但影响着传感信号的检测精度,而且还决定着该项传感技术的实用化进程。本文首先从光纤光栅的传感原理出发,介绍了日前比较常用的布拉格波长信号解调方法,分析了各自的优缺点,然后采用Fabry-Perot滤波法,利用DSP芯片开发了一套光纤光栅解调系统,该系统采用线性插值标定的方法,克服了Fabry-Perot滤波器蠕动、温漂、迟滞等特性对解调结果造成的影响,具体介绍了该系统的硬件电路设计和软件系统的开发,然后对该系统的性能进行了实验验证。硬件电路部分主要包括:供电电路、信号采集电路、Fabry-Perot滤波器驱动电路、数据传输电路以及数据处理和控制电路;软件系统部分主要包括解调硬件电路的控制程序软件和上位机监控软件。最后,根据波长扫描的原理,本文设计了一套基于自外差探测技术的远程光纤光栅传感系统,并对该系统性能进行了测试,在没有使用放大器的条件下,获得了170km的传感距离和33dB的信噪比。另外,将该系统应用于远程温度传感实验中,所得结果与温度真实值之间的误差<1℃,验证了该系统的可行性。
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