基于DFB激光器调谐的光纤光栅解调系统研究

论文摘要

随着结构检测技术的发展,对用于结构健康监测的传感器性能、监测系统自动化及智能化要求不断提高,传统传感器在应用中显现出局限性,而光纤布拉格光栅（FBG）因其信息对波长的绝对编码和易构成准分布式网络的独特优点得到广泛应用,因此对FBG波长信号的检测成为研究热点。论文基于分布反馈式（DFB）激光器的带宽窄、波长可调谐的优点,提出了一种基于DFB激光器动态扫描FBG的解调方案。首先讨论了光纤布拉格光栅的传感机理、解调系统的波长校准技术和插值算法,确定受调谐电路控制的DFB激光器的技术参数,构建了基于法布里-珀罗标准具的波长校准系统;完成了低噪声、高放大倍数的放大电路的设计与调试;利用Labview编写了基于PCI型数据采集卡的采集程序;完善了直接比较法,提高了寻峰算法的精度;采用分段线性插值法计算FBG中心波长,同时对中心波长进行了校准;采用Matlab编程实现了算法程序并编译M文件;通过动态链接库实现了Labview对各算法程序的调用。研制了基于DFB激光器动态扫描FBG的解调系统,该系统分辨率为1pm,精度为±10pm,测量范围为1550.012nm1554.812nm,波长相对变化在120分钟内小于0.32%。搭建了基于FBG的温度传感和应变传感实验系统,并进行实验研究,实验结果和理论结果相符,证明此解调系统可用于FBG波长信号检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 FBG 解调技术研究现状
• 1.2.2 FBG 波长校准技术研究现状
• 1.3 课题研究的内容
• 第2章 光纤光栅波长校准技术
• 2.1 光纤光栅的传感机理
• 2.1.1 温度传感机理
• 2.1.2 应变传感机理
• 2.2 波长校准技术
• 2.2.1 单参考光栅波长校准技术
• 2.2.2 参考光栅串波长校准技术
• 2.2.3 光纤梳状滤波器波长校准技术
• 2.3 插值算法
• 2.3.1 拉格朗日插值
• 2.3.2 牛顿插值
• 2.3.3 三次样条插值
• 2.3.4 分段线性插值
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于DFB 激光器调谐的光纤光栅解调系统设计
• 3.1 系统的硬件设计
• 3.1.1 DFB 激光器
• 3.1.2 光路系统
• 3.1.3 波长校准装置
• 3.1.4 光电探测装置及放大电路
• 3.2 系统的软件设计
• 3.2.1 数据采集程序的设计
• 3.2.2 寻峰算法程序的设计
• 3.2.3 波长检测程序的设计
• 3.2.4 M 文件的编译
• 3.3 FBG 的选择
• 3.4 解调系统的方案构建
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于DFB 激光器调谐的光纤光栅解调系统实验研究
• 4.1 系统的标定
• 4.1.1 系统的分辨率
• 4.1.2 系统的精度
• 4.1.3 系统的测量范围
• 4.1.4 系统的稳定性
• 4.2 温度传感实验
• 4.3 应变传感实验
• 4.4 系统的改进
• 4.4.1 系统的温度补偿
• 4.4.2 系统检测容量的提升
• 4.4.3 测量精度的提高
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢