光纤光栅传感技术动态解调方法及其应用

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光纤布拉格光栅(FBG)凭借其独特的优点,在传感器领域得到了广泛应用。目前对于FBG传感的研究成果集中于工程领域中分布式缓变量的解调,但对高频宽带信号(如振动信号)的检测还没有找到很好的解决方法。基于对这类信号检测的需求,动态解调方法的研究正在不断的开展。研究一种适于动态解调的方法成为当前FBG解调中急需解决的主要任务。 本文通过广泛阅读资料,回顾了FBG传感解调方法近十几年来的进展,分析了该技术领域存在的问题,提出了强度调制型双光栅、放大自发辐射宽带光源(ASE)谱特性和粗波分复用器(CWDM)边缘谱特性三种强度调制的动态解调方法。在理论分析基础上,分别建立相应的传感系统。根据强度解调特性,应用Matlab对实际数据进行计算,把FBG波长的漂移量变换成光强的变化,得到布拉格(Bragg)波长的漂移量与系统输出之间的关系。并且分析了造成仿真结果与数学模型之间差异的原因,改善优化系统性能。 为了实现动态解调,从提出的动态解调方案中,选择ASE光源谱特性解调方法进行了实验验证。应用超磁致伸缩材料(GMM)构建FBG的电流传感探头,与ASE光源谱特性解调系统共同组成了交流电流测量系统,对50Hz的交流电流进行测量,并通过温度解调传感实验先对ASE光源谱特性解调进行了定标。 根据超磁致伸缩材料的特性在预加偏磁场的情况下进行了实验探索。通过实验标定ASE光源谱特性解调应变灵敏度系数,最终将交流电流形成的布拉格波长漂移量解调成交变的电压信号输出。该信号与输入电流信号相对应,并且包含了输入电流信号的幅值、频率和相位信息。从示波器测得的输入和输出信号的相似性表明,实验结果与理论分析是一致的,验证了ASE光源谱特性动态解调方法的可行性。
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