传感器有着非常广泛的应用领域,多年来一直是研究热点。光纤光栅传感器可以工作在强电磁场、高温有腐蚀性的以及有爆炸危险性的恶劣环境中,因而比其它传感器有更广阔的应用范围。由于光纤光栅传感器采用数字式测量技术,具有精确度高、稳定性好、不易受外界各种因数的干扰等特点。但目前的光纤光栅传感技术受到系统检测容量过小的限制,不能应用于大型复杂工程的监测使用。同时,由于一个系统中光纤光栅传感探头的数量太少,使单个光纤光栅传感探头的成本太大,这也削弱了光纤光栅传感系统在市场中的竞争力,如果能够增大系统的容量,单个光纤光栅传感探头的成本就会下降,从而使光纤光栅这一先进的传感技术能够得到更广泛的应用。 本课题研制一种编码式光纤光栅传感检测系统,该系统引入多维编码光纤光栅传感复用新方法。在光纤的同一位置,制作两个或者两个以上不同波长的光纤布拉格光栅,称之为编码式光纤光栅。利用编码式光纤光栅的布拉格波长对待测对象的位置和温度、应力、应变等进行编码,当待测对象的环境参量发生变化时,与之对应的编码,即编码式光纤光栅的布拉格波长随之同时同点发生变化,借以提高传感系统的容量,实现对特定对象(如油罐、油气管道、高压变电站等)的温度以及应力、应变等的准分布式定点测量。 编码式光纤光栅能够在增加很少成本的基础上,提供与单光栅相比多数倍的信息量,不仅可以实现利用一个传感器检测多个参量,而且将编码技术引入传感领域,将编码技术与传感技术结合起来。光纤光栅传感技术具有极高的准确性和很好的长期稳定性,但光纤光栅解调设备制造成本很高,限制了光纤光栅传感技术的应用。编码式光纤光栅的制作及其在编码式光纤光栅检测系统中的应用,使其不仅能保持原有优点,而且大幅提高单个系统的检测容量,从而为市场化应用打下坚实的基础。 本文涉及到信息、电学、材料等方面,主要做了以下工作: 1.分析现有的基于光纤光栅的传感复用技术,比较各种技术的容量、串扰等系统性能; 2.设计编码式光纤光栅传感网络,包括制备编码式FBG传感阵列,适用于不同物理量测量的波长解调系统的研究,设计寻址解码程序和通过信息融合技术实现被测物理现象的重构; 3.使用金属化封装技术制备FBG传感器,并通过实验证明其优于以往的传感特性; 4.提出一种适用于高瞬态量测量的双边缘滤波波长解调系统,并通过理论和实验两方面证明其系统性能。