光纤光栅传感解调系统研究

光纤光栅传感解调系统研究

相比于普通的电类传感器,光纤光栅传感器具有很多独特的优势,比如其在设计上采用分布式传感,波长编码;安装上由于其结构轻巧可方便嵌入物体内部;使用时采用无源操作,低功耗且具有较好的抗干扰能力。可广泛应用于石油工业、航空航天材料结构健康监测、桥梁以及大坝状态监测等领域。

光纤传感中的波长解调则由光纤光栅解调系统来完成,因此,解调系统是光纤传感的重要组成部分之一。本文即围绕光纤光栅传感解调展开研究,开发了一套光纤光栅解调系统,主要完成如下研究工作。

1、在研究了光纤光栅传感原理的基础上,通过对比分析典型光纤传感波长解算技术,最终设计了基于光纤F-P可调谐滤波器的光纤传感解调系统的技术方案,并对系统关键参数进行了分析设计。

2、根据解调系统技术要求,开发了一套基于FPGA的数据采集与驱动控制电路,包括滤波器驱动控制电路、光电信号转换与调理电路、AD采集电路以及以太网通信接口电路。

此外,通过FPGA编程,完成对各模块的驱动控制。3、针对滤波器波长扫描时温度漂移特性、迟滞特性和蠕变特性导致的重复性误差和非线性误差,提出采用加入温控系统和参考光栅的硬件补偿方案,并基于广义回归神经网络对其驱动特性曲线进行拟合,从而建立起完整的滤波器标定模型。

4、在研究了典型寻峰算法的基础上,根据光纤光栅反射谱的特点,设计了滤波、设定阈值、寻峰的寻峰流程模型。并在此基础上,深入研究了光谱信号信噪比、设定阈值大小、寻峰算法对寻峰效果的影响。

5、在系统方案设计和关键技术研究的基础上,构建系统实验测试平台,对解调系统进行光纤光栅温度传感器的温度传感测试实验,并与标准解调仪给出的结

果进行对比,测试了所设计解调系统的稳定性和重复性误差,并对误差来源进行了详细的分析研究。