基于光纖Bragg光柵溫度傳感系統(tǒng)的研究.pdf

1、光纖光柵是一種通過(guò)一定方法使光纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形成的衍射光柵，是一種無(wú)源濾波器件。光纖Bragg光柵傳感器是利用Bragg波長(zhǎng)對(duì)溫度、應(yīng)力的敏感特性而制成的一種新型的光纖傳感器，除具有傳統(tǒng)電類(lèi)傳感器的功能外，它還具有分布傳感、抗電磁干擾、精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在大型復(fù)合材料和混凝土的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、智能材料的性能監(jiān)測(cè)、電力工業(yè)、醫(yī)藥和化工等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 本文的主要內(nèi)容包括: 介紹了光纖Bragg光柵

2、的理論模型，并用耦合模式理論分析了光纖Bragg光柵和長(zhǎng)周期光柵的光譜特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的FBG傳感器封裝增敏方案，系統(tǒng)研究了光纖光柵的溫度、應(yīng)變傳感特性，并對(duì)現(xiàn)有的光纖光柵解調(diào)方案進(jìn)行了分析和比較，提出并建立了一套基于長(zhǎng)周期光纖光柵的邊緣濾波的溫度解調(diào)系統(tǒng)。 主要工作有以下幾個(gè)部分：光路設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)，軟件編程。光路部分,選擇合適的解調(diào)方案，定制光纖光柵和光纖光柵傳感器，使用纏繞法解決了在沒(méi)有光纖端面匹配液的情況下將光纖端面

3、反射率降到最低的問(wèn)題。圍繞光纖光柵自身精度提高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種在密閉容器中實(shí)現(xiàn)FBG傳感器封裝增敏的方案。利用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)消除一些不利因素，可以在減小誤差因素的同時(shí)提高傳感器本身的測(cè)量精度。電路方面，搜集了大量的資料，找到一種合適的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，完成了光強(qiáng)到電壓的轉(zhuǎn)換。查數(shù)據(jù)采集卡的說(shuō)明書(shū)，正確的使用和安裝數(shù)據(jù)采集卡，完成線路上連接。在軟件方面，熟悉動(dòng)態(tài)函數(shù)庫(kù)的調(diào)用和圖形編程的使用，熟練掌握l(shuí)ab view 7.1的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)，編寫(xiě)出配

4、套的軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的控制，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等。 傳感Bragg光柵的Bragg波長(zhǎng)受到溫度的動(dòng)態(tài)調(diào)制，反射回來(lái)的光進(jìn)入光纖耦合器，然后一路進(jìn)入一個(gè)由長(zhǎng)周期光柵組成的邊緣濾波器，導(dǎo)入光電探測(cè)器，一路直接進(jìn)入探測(cè)器。傳感系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)光電探測(cè)器得到的電流之比，反射光中心波長(zhǎng)和直接測(cè)量值呈線性關(guān)系，由此可以求出動(dòng)態(tài)的值。利用長(zhǎng)周期光柵的斜邊將其較好地構(gòu)造成一個(gè)線性濾波器，所以斜邊的斜率直接影響到測(cè)量的靈敏度。電流信號(hào)通過(guò)電流電壓