便攜式大量程光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來光纖光柵(FBG)在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用研究日益得到人們的關(guān)注,其中光纖光柵波長解調(diào)是光纖光柵傳感器得到應(yīng)用推廣的關(guān)鍵之一.盡管已提出多種波長解調(diào)方法,然而真正得到實際應(yīng)用的仍然較少,因此針對實際應(yīng)用要求開發(fā)相應(yīng)的光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng)具有較高的實用價值,同時也會對光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推廣起著重要的促進作用.基于這一思想,本文針對建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場監(jiān)測的要求,設(shè)計開發(fā)了一套便攜式大量程光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng),解調(diào)系統(tǒng)具有測量范圍寬、結(jié)構(gòu)簡

2、單、成本低等優(yōu)點.本論文的主要工作如下: 1.設(shè)計了光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng)的光纖系統(tǒng)部分.解調(diào)系統(tǒng)基于無源比例解調(diào)方法,光源使用基于摻鉺光纖的ASE光源,線性濾波器采用基于熔融拉錐技術(shù)的波分復用器,設(shè)計了波分復用器的性能參數(shù),要求線性工作范圍在7nm以上；利用光功率計、可調(diào)諧激光器對波分復用器的分光特性進行了性能測試,實驗表明此波分復用器可實現(xiàn)大于lOnm范圍的波長檢測,輸出光信號的分光比與光纖光柵波長具有良好的線性關(guān)系.

3、 2.將光衰減器用作解調(diào)系統(tǒng)的光調(diào)制器,解決了解調(diào)系統(tǒng)光信號的調(diào)制問題. 調(diào)制頻率可達4kHz,設(shè)計了光衰減器的驅(qū)動電路,調(diào)制頻率為2kHz. 3.設(shè)計了光信號檢測部分.基于鎖相放大技術(shù)實現(xiàn)了光信號的檢測,設(shè)計了專用的正交矢量型鎖相放大器,消除了雙路鎖相放大相位差的影響,直接提取到信號的幅度信息,有效降低了系統(tǒng)誤差；利用帶有24位∑-△高精度AD的單片機ADuC847實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及外設(shè)控制,利用液晶模塊實時顯示

4、光纖光柵波長信息,并通過USB接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲；開發(fā)了單片機及其外設(shè)的驅(qū)動程序,采用軟件實現(xiàn)兩路信號的增益補償,實現(xiàn)了解調(diào)系統(tǒng)可視化與智能化. 4.對光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)進行了性能測試實驗.實驗結(jié)果表明光纖光柵的波長與應(yīng)變具有良好的線性對應(yīng)關(guān)系,能夠較好的跟蹤光纖光柵的波長位移,線性擬和度達99.3﹪,解調(diào)系統(tǒng)應(yīng)變測量誤差為7.92με；對光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的測量誤差進行了分析,詳細討論了誤差來源,并針對一些誤差源給出了相應(yīng)的解決方法