Bragg光纤光栅传感及解调系统关键技术研究

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zemao1988
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Bragg光纤光栅是一种准分布式光纤传感器,具有测量精度高、便于组网、抗干扰能力强、可塑性好等优点,在航空航天、土木工程、结构监测等领域具有广阔的应用前景。本文从实际应用出发,围绕Bragg光纤光栅传感及解调系统的关键技术展开研究,主要工作内容如下:首先,针对常用Bragg光纤光栅传感器灵敏度不高且存在温度-应变交叉敏感现象的问题,在研究了基片结构对基片式封装传感器性能影响、采用双光栅的形式去除温度干扰方案可行性以及不同封装结构和封装材料对温度传感器温敏特性影响的基础上,设计制作了具有双光栅结构的基片式应变传感器和稳定型金属管式温度传感器,仿真和实验结果证明,设计制作的传感器灵敏度高且能够消除温度-应变交叉敏感问题带来的影响。其次,为实现对工程应用中的高频动态信号与缓变信号分别进行高精度解调,设计了基于3×3耦合器M-Z干涉解调法解调系统和基于可调谐F-P滤波解调法解调系统的搭建方案。在干涉解调系统的设计搭建过程中,针对传统的干涉法复用能力有限的现象,提出一种新型的复用结构,通过波分复用器将来自不同光栅的反射光区分开来,从而增加测量点数。另外,针对传统干涉解调静态漂移严重的现象提出采用动态偏差校正的方式减小系统的静态漂移,都达到了预期目的。在基于可调谐F-P滤波解调法的解调系统设计过程中,针对可调谐F-P滤波器的非线性和漂移特性,提出一种新型的标定方法,提高了系统的解调精度。最后,由系统测试结果可知,基于3×3耦合器M-Z干涉解调法的解调系统能够实现对22Hz~2kHz的动态信号进行解调,最大误差小于4pm,动态漂移小于17pm,适用于解调大型复杂系统中的高频动态信号。基于可调谐F-P滤波解调法的解调系统解调的平均误差小于2pm,最大误差小于4pm,静态漂移小于4pm,适用于对缓变信号进行高精度解调。
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