光纤光栅动态解调系统及其应用的研究

论文摘要

光纤布拉格光栅（FBG,Fiber Bragg Grating）传感器自发明以来,已走过了原理性的研究和实验论证的阶段,已经进入了广泛的应用阶段。目前,FBG制作工艺已经比较成熟,研究的重点也转向在降低成本的基础上,完善解调技术和复用技术等几个方向上。FBG的解调技术是FBG传感器的关键技术之一,目前对FBG解调技术的研究是国内外研究的热点,但是大多数处于实验室的研究阶段,产品化、实用化的距离还很长。本文主要就基于长周期光栅的FBG高速解调系统展开研究讨论,从以下几个方面展开:首先简要介绍了一些光纤光栅的基本情况,包括制作工艺、研究现状等。简要的阐述了用长周期光栅来解调FBG的设计方案和优点;并对光纤Bragg光栅基本理论进行了系统的研究,主要包括:FBG的传感机理分析,耦合机理分析。其次介绍了国内外常用的解调方法,并进行比较分析优缺点;重点阐述了基于长周期光栅的FBG高速解调系统的解调原理及方案的设计实现,详细的叙述了系统的光路部分、光电转换和信号调理部分,实现了信号的预处理,为数据采集卡采集数据提供了较好的信号源;介绍FBG解调系统的数据采集部分的软件的具体实现。利用VC++的集成技术实现数据采集和保存。以及使用LabVIEW软件实现数据的采集和界面的设计,可以更直观的观察实验的效果。最后讨论了此系统在温度实验和冲击实验上的应用,通过大量的实验和数据分析,论证了系统的可行性和稳定性,基本能达到预期的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光纤光栅的发展动态
• 1.3 制作技术
• 1.3.1 去横向干涉法
• 1.3.2 相位掩模法
• 1.4 光纤光栅应用现状
• 1.5 本文的研究内容及其意义
• 1.5.1 本文的研究内容
• 1.5.2 本文的研究意义
• 1.6 本章小结
• 第二章：光纤布拉格光栅基本原理
• 2.1 光纤布拉格的理想模型
• 2.2 光纤 Bragg 光栅耦合模式理论
• 2.3 温度、应力对光纤 Bragg 光栅波长的影响
• 2.3.1 温度对波长的影响
• 2.3.2 应力对波长的影响
• 2.3.3 应力和温度对波长的交叉影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 光纤光栅解调技术
• 3.1 光谱仪检测法
• 3.2 匹配法
• 3.3 干涉法
• 3.3.1 M－Z 干涉解调法
• 3.3.2 迈克尔逊干涉解调法
• 3.4 衍射法
• 3.5 锁模调制法
• 3.6 可调谐解调法
• 3.6.1 可调谐光源法
• 3.6.2 可调谐滤波器法
• 3.7 基于长周期光纤光栅的解调系统
• 3.7.1 长周期的耦合机理和谱分析
• 3.7.2 解调系统的设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 解调原理及方案的设计与实现
• 4.1 解调原理
• 4.1.1 长周期光纤光栅基本原理
• 4.1.2 基于长周期光纤光栅的解调原理
• 4.2 解调系统与构建
• 4.2.1 光路系统
• 4.2.2 调理电路介绍
• 4.3 本章小结
• 第五章 数据采集
• 5.1 数据采集设备
• 5.2 数据采集卡的VC 编程实现
• 5.2.1 人机交互界面
• 5.2.2 数据采集
• 5.2.3 定时/线程的实现
• 5.2.4 数据存储
• 5.3 基于 LabVIEW 数据采集
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果与分析
• 6.1 温度实验
• 6.1.1 实验系统的构成
• 6.1.2 温度实验结果分析
• 6.2 振动试验
• 6.2.1 实验加载装置介绍
• 6.2.2 振动实验结果与分析
• 6.3 冲击实验
• 6.3.1 实验设备简介
• 6.3.2 冲击实验结果分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 课题展望
• 参考文献
• 硕士期间研究成果及发表论文
• 致谢
• 附录