大容量光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著嵌入式技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，構(gòu)建大型分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，使其具有更穩(wěn)定的性能和更強(qiáng)大的功能，更適用于大型和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，是未來的研究和發(fā)展方向。設(shè)計(jì)開發(fā)一種實(shí)時(shí)大容量光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)成為當(dāng)前的迫切需要。在此背景之下，論文深入研究了光纖光柵傳感原理與技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了新型大容量實(shí)時(shí)光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，并將其在大型裝備健康監(jiān)測(cè)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試。論文主要完成了以下工作：
　　 (1)在分析現(xiàn)有典型光纖傳

2、感解調(diào)方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合光纖光柵傳感復(fù)用技術(shù)提出了一種新型的大容量光纖光柵傳感解調(diào)方案。實(shí)驗(yàn)表明，采用可調(diào)諧窄帶光源的新型大容量光纖傳感解調(diào)方案與傳統(tǒng)解調(diào)方案相比，具有較高的系統(tǒng)容量和信噪比。
　　 (2)分析比較了傳感常用光源性能，詳細(xì)研究了摻鉺光纖放大器和半導(dǎo)體光放大器的基本理論，分別構(gòu)建了采用摻鉺光纖放大器的可調(diào)諧環(huán)形腔摻鉺光纖激光器和基于半導(dǎo)體光放大器的可調(diào)諧環(huán)形腔頻域鎖膜激光器，并將激光器作為光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)中的光源。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將所構(gòu)建的可調(diào)諧窄帶光源用于所設(shè)計(jì)的大容量光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)作為光源，輸出光功率相對(duì)于傳統(tǒng)使用寬帶光源的方法相比有顯著增強(qiáng)，可提高系統(tǒng)信噪比(SNR)，增大系統(tǒng)容量，有效改善系統(tǒng)性能。
　　 (3)研究了光纖F-P濾波器的工作原理、特性與技術(shù)指標(biāo)，并采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)可調(diào)諧F-P濾波器進(jìn)行研制。利用V型槽結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)F-P濾波器，其所得光譜輸出自由譜區(qū)可達(dá)近90nm，3dB帶寬約0.32nm，插入損耗小于5dB。在壓

4、電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓作用之下，法布里腔的腔長(zhǎng)將隨之相應(yīng)變化，在變化的腔長(zhǎng)作用下，透射波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，技術(shù)指標(biāo)基本滿足光纖傳感系統(tǒng)要求。
　　 (4)對(duì)實(shí)時(shí)大容量光纖傳感解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。采用了FPGA配合高速DSP芯片來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的微控制器進(jìn)行光柵信號(hào)的檢測(cè)與計(jì)算。利用FPGA實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)并行光纖光柵的信號(hào)檢測(cè)，采用高速DSP芯片進(jìn)行系統(tǒng)波長(zhǎng)的運(yùn)算。該系統(tǒng)具有高速的實(shí)時(shí)處理能力，并可提供豐富的接口類型，滿足實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信

5、的應(yīng)用需要。由于采用可調(diào)諧窄帶激光光源及高精度檢測(cè)電路，該系統(tǒng)具有較高的運(yùn)算速度和精度，將信號(hào)的高速運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸有機(jī)結(jié)合在一起，使得整個(gè)系統(tǒng)性能得到較大提高與完善。
　　 (5)將大容量光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)在港口的煤炭裝卸現(xiàn)場(chǎng)對(duì)煤炭裝卸設(shè)備的健康監(jiān)測(cè)中進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，大容量光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)可在實(shí)際工程中的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中安全可靠穩(wěn)定地工作，可以很好地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)的信號(hào)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，且可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)室所測(cè)得的