基于F-P滤波器解调的光纤光栅测温系统的研究

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光纤布拉格光栅(FBG)自1978年出现以来,由于其良好的滤波特性和灵敏的温度、应变响应,已经在光纤通信、传感和测量等领域取得了广泛应用。光纤光栅传感器除了具有一般光纤传感器的优点外,其突出特性是:被测信号是波长编码的,并且方便利用时分、波分复用技术实现对多种传感量(应力、温度、强磁场等)的准分布式多点测量。如何对光纤光栅的波长编码信号进行解调是实现光纤光栅传感器应用的关键技术之一。本文首先概括介绍了光纤光栅的诞生与发展、光纤光栅传感器的原理与应用、光纤布拉格光栅传感解调的国内外现状。分析了光纤光栅温度和应变传感机理,并讨论了光纤光栅温度——应变交叉敏感问题。接着,对目前国内外已经研究过的光纤光栅传感系统波长解调方法进行了简单的归纳和分析。本文对光纤光栅波长的解调方法是基于F-P滤波器解调的光纤光栅测温系统。本系统主要包括光路部分、信号处理部分、恒温控制部分、通信部分、本地显示和报警输出部分和服务器通信管理软件等。根据光纤光栅的中心波长的计算方法设计了相应的硬件电路,设计了本系统的相关软件程序,对光纤光栅的波长进行解调,并且转换成温度显示在液晶上面,或者通过RS232串口或以太网接口和计算机相连,将测量的结果由计算机显示出来。本系统的高速数字信号处理电路部分采用的高性能浮点DSP处理芯片,实现采集数据的实时运算处理,将处理后的结果信息通过串口发送至控制模块,再通过GPIO接口对控制模块等相关模块进行通信。系统搭建完成后,进行了对系统性能的测试,检验系统测量温度的准确度,其中包含两个方面:一是对系统解调光栅波长准确度的验证;二是对系统温度定标准确度的验证。经检验,本文得出的实验结果有一定的实用价值。对FBG传感器的使用和推广具有重要的实际意义。
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