基于激光扫描法的FBG解调系统研制及性能测试研究

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在交通运输行业,桥梁、高铁、轨道等结构的振动监测是重要的研究课题,是保障交通安全的重要一环。传感器的选用,直接决定了物理量检测的能力和效果。自1978年光纤光栅问世以来,光纤布拉格光栅传感器就成为传感检测领域的重要研究对象,并在技术的不断发展中得到了广泛的应用。如今光纤光栅传感器在应用于振动等物理量检测时具有诸多传统传感器所不具备的优势,具有较好的应用前景。同时,在实际工程中使用精确、稳定、快速、可靠且成本低廉的光纤光栅解调系统是保证其良好应用的重要前提。本文通过对基于激光扫描法的解调系统的分析、研制和测试,并在该系统的性能测试中验证了 FBG传感技术的良好效果。本文首先阐述了光纤布拉格光栅传感器的基本原理,对几种重要、常见的光纤布拉格光栅传感解调方案进行了研究和对比。对光纤布拉格光栅应用中的波长峰值计算、复用技术等关键技术进行了研究分析,确定了基本的技术方案。随后,本文设计了基于激光扫描法的光纤布拉格光栅解调系统,详细地介绍了该系统硬、软件的设计过程。文中对重要的激光器驱动电路和基于PID调节的温度控制电路做了详细的分析计算,在分析设计激光器驱动电流源时采用了一种反馈分析法,以确定该电路的稳定性。在嵌入式软硬件方面使用了 FPGA+NiosⅡ的底层设计架构,采用了 Verilog+C语言的开发工具,设计了各功能模块的驱动程序、激光器标定程序以及波长计算程序等。使用Labview工具进行了上位机程序的设计和应用,成功完成了通信、显示等各项基本功能。最后,本文对解调系统进行了简单的测试,验证系统的解调范围达到1528nm~1568nm,解调速度为1kHz,解调结果与SM125之间误差约5pm,检测效果较为理想。本文最后将系统应用在振动检测中,检测效果良好。通过本文的设计和研究,可以确定该方法下的光纤布拉格光栅传感解调系统能够较好进行实际应用,同时大大缩减了项目成本。
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