林军[1]2008年在《分布式的光纤光栅反射信号的解调研究》文中指出光纤光栅是近年来发展最为迅速、应用最为广泛的光纤无源器件之一。由于它的许多独特的优点,在光纤通信、光纤传感等领域具有广阔的应用前景。以光纤光栅技术为基础的光纤光栅传感器已经成为传感器研究领域中的一大热点。光纤光栅的出现,使许多复杂的全光纤通信网络和传感网络成为可能,极大地拓宽了光纤技术的应用范围,并由此产生了许多重要的应用。目前,已报道的光纤光栅传感器可以检测的光纤光栅传感器系统已经实际应物理量有:温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩(扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等,其中一部分用。光纤光栅作为传感器的突出优点是可复用性,采用多个光纤光栅,可以构成分布式传感网络,实现多点检测,这在智能和灵巧结构中有着重要的应用。本论文主要以布喇格光纤光栅为研究对象,对其传感和解调技术进行了理论和实验的研究。主要内容有:1对光纤光栅的相关理论进行了系统的研究,主要内容包括:光纤光栅的耦合模理论;光波在光纤Bragg光栅的传输特性;光纤Bragg光栅的物理特性和传感原理。并介绍了光纤传感技术在国内外发展的状况及应用。2对目前国内外常用的FBG波长解调方法及其复用网络波长解调技术进行了归纳和分析。3设计了一种的分布式多通道FBG传感网络波长解调系统,以光纤F-P腔调谐滤波为基础,将空域中波分复用问题转换到时域中解复用,最终解调分布式光纤光栅反射的波长位移,对其光路和电路硬件系统进行了具体的设计。4提出一种新颖的解调被测信号变化频率的方法。利用F-P滤波器的扫描电压与其透射峰波长的对应关系进行中心波长标定。
马永杰[2]2007年在《光纤光栅传感器解调技术的研究》文中提出光纤光栅传感器(fiber grating sensor)是一种能感测多种物理参量的光无源器件。利用光学材料的光敏特性在光纤的纤芯上设计并建立的一种具有空间周期性折射率分布，感测物理参量的变化，从而改变或控制光在该特定区域的传播方式。通过对光本征参数(波长漂移)的解调分析，实现对被测量的测量及传感。作为光电子研究领域的一种新兴技术，以光纤光栅为基本传感器的检测技术近年来受到广泛的关注，世界各国的研究者都在深入开展此项技术的相关研究。现阶段光纤光栅传感器可以检测的物理量有：温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩(扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等，其中有相当数量及品种的光纤光栅传感系统已经得到了实际工程应用。本文在对国内外光纤光栅传感技术及其传感信号解调技术研究现状进行了深入分析的基础上，设计了光纤布拉格光栅传感信号解调方案，并进行了实验研究。主要论文工作如下：(1)系统地阐述了光纤光栅传光的耦合模理论和传输矩阵理论。(2)分析了光纤布拉格光栅的传感原理，给出了光纤布拉格光栅的应变和温度传感原理式。(3)分析研究了光纤布拉格光栅传感信号解调原理；提出了一种新的对温度不敏感的双叁角形悬臂梁解调技术，实验验证此种技术具有可行性。(4)设计了一种基于非平衡M-Z解调技术的光纤布拉格光栅传感信号解调技术方案；通过理论分析得到了光栅温度与功率变化的关系。(5)利用所设计的光纤布拉格光栅传感信号解调实验装置，进行了光纤布拉格光栅的温度特性实验，验证了所提出的光纤布拉格光栅传感信号解调方案的可行性。
李静[3]2008年在《基于DSP的光纤光栅解调系统研究》文中进行了进一步梳理光纤布拉格光栅传感器属于波长调制型光纤传感器,具有不受光源功率波动和系统损耗等独特的优点,被广泛应用于航天、船舶、电力、石油及医学等众多领域,是目前光纤传感领域的研究热点之一。在光纤光栅传感系统中,中心波长位移的精确测量决定传感信号的精度,因此对传感信号的精密解调是光纤光栅传感器实用化的关键技术之一。研发高灵敏度、稳定性好、性价比高的新型传感解调系统以取代昂贵的、大体积的光谱分析仪,在工程应用中具有非常重要的意义。论文从Fabry-Perot可调谐滤波器波长选择特性出发,设计和研究了基于高速数字信号处理器(DSP)的光纤光栅波长解调系统。系统使用Fabry-Perot可调谐滤波器获取传感器反射信号的光谱;对光路解调中提取出来的信号进行数字量化、分析,并通过串行通讯接口(SCI)将所得数据传送给上位机,完成各种检测功能。通过相应的硬件和软件设计,完成数据采集、数据处理等任务,实现快速高效的系统控制。论文分析了该光纤光栅解调系统的误差来源,并通过加入参考光栅校准,克服了可调谐滤波器重复性差的弊端,提高了系统的测量精度。论文从理论和实验两方面分析验证了系统的可行性。与基于光谱分析仪的解调系统相比,本光纤光栅波长解调系统结构简单,精度较高,可以取代光谱分析仪执行简单功能。论文最后在对系统深入研究的基础上提出了许多改进该解调系统精度的方案,为进一步的研究提供了参考。
周燕其[4]2008年在《斜拉桥索力自动监测系统研究》文中指出拉索索力的监测关系到斜拉桥运营安全,其经济、社会效益极为显着,而现有索力测试技术存在种种局限性,以及远程自动监测系统的费用昂贵,论文针对上述问题拟研发一种在拉索钢丝表面安装光纤光栅应变传感器、外挂索力显示屏的简易斜拉桥索力自动监测系统。论文分析了现有5种索力测量方法的原理、适用范围和优缺点,调查了光纤光栅技术测量索力的应用现状;研究了光纤光栅原理及信号解调技术;总体设计了索力自动监测系统的光纤光栅传感器系统、光纤光栅传感网络分析系统、光纤传输及显示系统叁大功能模块;提出了钢丝镀锌层、封装防水胶水层和修补PE护套层的拉索局部叁重防护体系。传感器的安装试验,证实了将光纤光栅应变传感器粘贴到拉索钢丝表面的可行性;裸索的静载试验,探索了拉索索力F和光纤光栅的波长变化Δλ之间的关系,通过标定可得到拉索索力F和光纤光栅的波长变化Δλ的拟合方程F = aΔλ+ b,实现拉索钢丝表面安装光纤光栅应变传感器测量拉索索力,为研发简易斜拉桥索力自动监测系统奠定了基础。综上,论文将先进的光纤光栅传感技术应用到斜拉桥索力监测,创造性的在拉索钢丝表面安装了抗电磁干扰、稳定性好的光纤光栅传感器,实现了拉索索力的测量,促进了光纤传感技术在工程结构安全监测应用,具有重要的学术价值和实际意义。
营旭东[5]2011年在《光纤布拉格光栅地震检波解调技术的研究》文中研究说明地震检波器是在地质勘探和工程测量领域中的一种专用传感器,它能将地面振动转变为各类信号(其中最主要为电信号),在地震勘探数据采集的过程中,它是至关重要的一环,其性能的好坏直接影响地震记录质量和地震资料的解释工作。近年来,由于石油工业和电子工业的迅猛发展,极大地推动了地震勘探技术的发展。因而对地震数据采集的精度和质量要求也越来越高,即要求具有高分辨能力、高抗干扰能力、高信噪比、高保真度、高精确度和大动态范围的地震检波器。在振动传感领域中,比起传统的探测器,用光纤光栅作为传感器具有高灵敏度、大动态范围、强抗干扰能力、波长编码信号,便于构成分布式传感网络等诸多独特的优点。如何检测、处理传感光栅中心波长的微小偏移量,即对波长编码的信号实现解调是整个光纤布拉格光栅传感系统实用化的关键。本文基于边缘滤波解调技术,利用改进的掺铒超荧光光源做边缘滤波器,采用LabVIEW软件来实现对解调信号的采集、处理和显示等,实现了对地震信号的解调。本文所作的工作主要包括：(1)介绍了光纤布拉格光栅传输理论模型及其传感原理；分析了光纤布拉格光栅地震检波器的基本原理。(2)对常见的几种解调方法的优缺点进行了分析和比较,选定了一种光源作为滤波器件的边缘滤波解调方案；对解调系统的光路和电路组成部分进行了研究和设计,搭建实验系统。(3)对实验系统进行动态振动传感实验,分析实验结果,总结解调方案的优缺点,并对实验误差进行分析。(4)提出了一种基于边缘滤波法和匹配光栅法的振动和温度同时测量的解调方案。
董兴法[6]2005年在《阵列化光纤光栅传感器技术研究》文中认为世界已经跨入信息时代,光子作为信息的又一种载体越来越显示了它的显着地位。光纤作为信息传输的通道正在得到广泛地应用,各种类型的光纤系统及光纤器件共同构筑了和改善着我们这个社会信息交流的平台,显示了不可替代的重要性。光纤光栅是纤芯折射率沿光纤轴线呈周期性变化的一种光纤结构,它标志着近年来继光纤以后的又一座里程碑。目前,以布喇格光纤光栅(FBG: fiber Bragg grating)为传感主体的传感器已成为研发主流。这种传感器适于在高温、腐蚀性或危险性环境中使用。在大型建筑和油井等特殊场合的安全监测方面具有极为广泛的应用前景。目前,已报道的光纤光栅传感器可以检测的物理量有:温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩(扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等,其中一部分光纤光栅传感系统已经实际应用。本论文主要以布喇格光纤光栅为研究对象,对其传感技术、解调技术以及网络技术进行了理论和实验的研究。主要内容有:1.概括介绍了光纤传感和光纤光栅传感技术的发展现状。分析了以光纤光栅作为基本传感器件的原理,说明了不同成栅方法的特点,概述了光纤光栅传感器的解调和复用技术。2.从耦合模理论出发,论述了具有不同折射率结构的光纤光栅所表现的传输谱及其应用范围。以均匀Bragg光纤光栅、长周期光纤光栅为典型,简要推导了传输谱的中心波长、反射率、3dB带宽等参数的数学表述,说明了它们与折射率调制因素的关系。从一般光纤传感器到当今广泛研究的FBG传感器,研究了它们的组网原理,讨论了限制传感器网络中点数设置的关键问题。3.从光纤光栅传感技术的关键点入手,系统阐述了单点解调方法、组网方法及复用系统的解调方法。这些包括马赫-泽德、迈克尔逊等干涉型解调方案以及法布里-珀罗可调谐滤波器、边沿滤波、匹配光纤光栅滤波等滤波型解调方案。分析了在光纤光栅传感系统阵列化应用时的关键复用技术,如波分复用(WDM)、时分复用(TDM)、空分复用(SDM)等技术的组合解调方法。同时,还对传感系统中光电检测的关键技术以及光源技术进行了探讨。4.从光纤光栅交叉敏感物理模型出发,引入光纤光栅的交叉关联分析方法,指导高性能传感器的设计。首次提出并设计了用于结构损伤诊断的实用型光纤光栅传感器,并获得专利授权;研究了应用F-P半导体激光器和FBG振动传感的方法;首次提出了一种新颖的光纤光栅温度补偿型应变检测方法和振动传感方法;
周鹤[7]2011年在《基于时分复用的分布式光纤光栅传感系统的研究》文中进行了进一步梳理光纤光栅传感器已经成为传感器领域的一大研究热点。它具有抗电磁干扰、精度高、稳定性好、可复用性等诸多优点。特别是其可复用性尤为突出,采用多个光纤光栅传感器,构成分布式传感网络,可实现多点检测,在大型和复杂结构监控的实际应用中有着重要的作用。在时分复用传感网络中,传感器数量不再受光源带宽和被测对象的动态范围的限制,理论上可复用的传感器的数量是很可观的,且采用串联拓扑结构,功率利用效率很高。本文主要研究了基于时分复用(time division multiplexing, TDM)的光纤光栅分布式传感系统。论文的主要内容有：(1)概述了光纤光栅的特点、分类及其在传感领域的应用,综述了光纤光栅传感解调及复用技术和目前的主要研究方向。(2)详细阐述了光纤光栅传感的相关理论。分析了光纤光栅的耦合模理论、传输特性及啁啾光纤布拉格光栅的特点；理论分析了光纤光栅的传感原理；介绍了光纤光栅传感器的解调技术以及分布式光纤光栅传感网络复用技术。(3)对串联拓扑结构的超低反射率光纤光栅的特性进行了理论研究和仿真分析,继而设计了一种基于TDM的分布式光纤光栅传感系统,利用匹配光纤光栅解调技术进行解调,有效地避免了光纤光栅的应力、温度交叉敏感效应。仿真分析证明了本方案可用于长距离、高密度传感的测量。在第一个光纤光栅传感探头峰值反射率R=-40dB,传感探头之间距离d=lkm的情况下,系统理论上可复用128个传感探头,传感距离可达128kmn。(4)深入研究了匹配光纤光栅解调技术,从原理和结构上对给该解调技术进行了理论推导及仿真分析。并通过实验证明了匹配光纤光栅解调技术的可行性及良好的线性效果。
孙杰[8]2016年在《基于AWG的多通道光纤布拉格光栅传感解调系统的研究》文中研究说明光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器是一种新型的光无源器件,在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度、耐腐蚀性等方面具有独特的优势。近年来,随着FBG传感检测技术的发展,FBG传感器已广泛地应用到航空航天、石油化工、电力系统、土木工程、生物化学以及医学等领域。当前,在一些大型工程及结构监测中往往需要大量的传感器,比如对大型建筑物结构的监测可能需要几百上千个传感器,单点FBG传感技术已无法满足实际需求,因此国内外学者对分布式光纤光栅传感解调技术进行了深入的研究,并已提出了多种分布式光纤光栅传感解调方案,但主要以有源解调方法为主,该方法采用单一波长在传感光谱范围内对波长进行扫描,将传感光信号按波长依次进行光电转换,因而在解调速度、响应速度、光谱资源利用率等方面都不能令人满意,因此有必要开发一种高响应度、高精度和成本适中的分布式多通道光纤光栅解调系统。本文对多通道分布式FBG传感网络的波长解调技术进行了深入的研究,在详细分析各种常见的光纤布拉格光栅波长解调技术优缺点的基础上,设计开发了一种基于阵列波导光栅(Arrayed Waveguide grating,AWG)的多通道光纤布拉格光栅传感解调系统。该系统由宽带光源、光隔离器、光耦合器、光环路器、FBG传感器、AWG、光电转换电路、调理放大电路、低通滤波电路、A/D转换电路、ARM控制电路以及上位机监测软件等组成,采用光强法对FBG传感器波长偏移量进行解调,系统采用STM32F107作为系统的控制芯片,高速8通道ADS8345作为信号采集芯片,实现多通道传感数据的采集,使用LabVIEW2014软件编写人机交互界面,通过串口实现上位机与下位机之间的数据交换,完成多通道数据同时采集、解调、显示及存储功能。实验中对单通道8个FBG传感实验进行了测试,实验结果表明,该解调系统的各通道采样频率为1KHz,波长解调范围为1545.30～1560.50nm,温度测量误差为±0.3℃,波长解调精度为±3pm,波长分辨率为1pm。若需实现对更多FBG传感器的测量,可通过扩展通道板的数量来实现多通道的测量。
王鑫[9]2008年在《光纤布拉格光栅传感解调系统研究》文中研究指明光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器是利用光栅Bragg波长对温度、应力的敏感特性而制成的一种新型光纤传感器,其除具有传统电类传感器的功能外,还具有抗电磁干扰、测量范围大、动态范围广、稳定性好等优点,因此,被广泛应用于各种大型复合材料和混凝土的结构监测、智能材料的性能监测、电力工业、消防和化工等领域。光纤光栅传感器的解调技术是目前光纤光栅传感技术研究领域的重点和难点之一,也是国内外许多研究机构的研究热点之一。对于光纤光栅的波长解调技术即光纤光栅波长微小偏移量的检测技术来说,传统的波长检测仪器存在体积大、精度低、价格昂贵、难以应用于实际的传感解调系统等不足,因此,开发高精度、低价格的解调仪器成为光纤光栅传感器大量应用于实际的关键。本文对光纤Bragg光栅的传感解调系统进行了研究,主要内容如下:1.简要介绍了光纤光栅的发展动态、分类和应用现状;2.系统介绍了光纤光栅的传感原理和主要光学性能,并给出了光纤光栅的应变传感模型、温度传感模型以及应变和温度的交叉传感模型;3.对目前存在的各种解调方法的原理及其优缺点进行了分析,接着提出了基于步进电机调谐的光纤光栅匹配解调技术,并分别对传感光栅波长变化量与匹配光栅波长变化量的关系、光功率与光纤光栅反射中心波长的关系进行了理论分析和推导;4.为了实现高速光纤Bragg光栅信号解调,设计了基于DSP系统(包括DSP、单片机及其外围器件)的光纤光栅匹配解调系统,其中包括硬件设计和软件设计;5.利用所设计的光纤Bragg光栅传感解调系统,进行了光纤Bragg光栅的应变特性实验、匹配光栅的步进电机调谐实验以及光纤Bragg光栅传感信号解调实验,并对实验结果进行了分析和处理,验证了所提出的光纤光栅匹配解调方案的可行性;6.对光纤光栅传感解调系统精度偏低的原因进行了分析,并提出了改进意见。
徐常明[10]2013年在《基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅传感解调系统研究》文中提出光纤光栅传感器以其结构紧凑、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、耐高温、可测量参量种类多、检测灵敏度高、以及易于组成分布式传感网络等独特优点，普遍应用于土木工程、石油化工、电力电子和医疗等领域。光纤光栅传感解调技术方案逐步成熟，但由于解调系统集成度不高和高精度的解调系统价格高昂，成为实际工程应用中的主要障碍，因此为了促进光纤光栅传感器的市场化规模应用，有必要开发出一套高稳定性、高精度和成本适中的光纤光栅传感通用解调系统。对光纤布拉格光栅(FBG)的传感机理进了分析，研究了FBG的温度和应变敏感特性，以及在对单一参量测量时，克服温度和应变交叉敏感影响需要采取的补偿措施，对比了光纤光栅传感常见的解调技术。设计了基于光纤F-P可调谐滤波器解调的通用传感解调系统，对系统传感光路所需的光学器件性能参数进行了分析，重点分析了光纤F-P可调谐滤波器器件参数对解调系统性能影响，针对波长扫描时由PZT动态漂移引起的非线性和可重复性偏差的影响，提出采用参考光栅和FFP-TF2驱动算法改进进行硬件和软件补偿的措施，并实验验证了其对提高解调精度的可行性。完成系统信号处理与分析控制单元硬件电路设计，包括C8051F340控制单元及其外围接口电路模块、FFP-TF2驱动电路、光电检测电路模块、A/D传感数据采集模块、LCD显示模块等功能模块设计，并将其集成到单板上，为系统集成化和仪器化提供方便。在硬件平台基础上，开发了基于VC++的上位机监控软件，利用MSCOMM控件实现串行数据的收发，并基于TeeChart图表控件实现监测数据的图形化显示，满足智能化的远程在线实时监控。最后实验验证了系统硬件和软件系统的性能和稳定性，对系统进行温度传感测试实验，结合实验数据分析了FBG中心波长和温度的线性度关系，测试了FFP-TF2的动态漂移特性，给出实际应用中的补偿方案，系统实验结果达到预期要求。
参考文献：
[1]. 分布式的光纤光栅反射信号的解调研究[D]. 林军. 武汉理工大学. 2008
[2]. 光纤光栅传感器解调技术的研究[D]. 马永杰. 北京邮电大学. 2007
[3]. 基于DSP的光纤光栅解调系统研究[D]. 李静. 浙江大学. 2008
[4]. 斜拉桥索力自动监测系统研究[D]. 周燕其. 重庆交通大学. 2008
[5]. 光纤布拉格光栅地震检波解调技术的研究[D]. 营旭东. 西安石油大学. 2011
[6]. 阵列化光纤光栅传感器技术研究[D]. 董兴法. 南开大学. 2005
[7]. 基于时分复用的分布式光纤光栅传感系统的研究[D]. 周鹤. 北京交通大学. 2011
[8]. 基于AWG的多通道光纤布拉格光栅传感解调系统的研究[D]. 孙杰. 天津工业大学. 2016
[9]. 光纤布拉格光栅传感解调系统研究[D]. 王鑫. 沈阳工业大学. 2008
[10]. 基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅传感解调系统研究[D]. 徐常明. 电子科技大学. 2013
标签：自动化技术论文; 光栅论文; 光纤光栅论文; 布拉格光栅论文; 传感器技术论文; 光纤损耗论文; 技术原理论文; 光纤带宽论文; 网络结构论文; 测量理论论文;