论文部分内容阅读
光纤Bragg(FBG)光栅是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光纤Bragg光栅传感器是利用Bragg波长对温度和应力敏感特性而制成的一种新型的光纤传感器,可同时作为传感元件和传输媒介,具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、绝缘性好、信噪比和灵敏度高、易于实现分布式测量和远距离传输等优点,在桥梁健康监测、隧道及地下工程安全监测、石化工业和航空航天等领域里具有广阔的应用前景。本论文的主要内容包括:介绍了光纤光栅传感技术的研究现状及其在实际应用中需要解决的几个问题,分析了光纤Bragg光栅传感技术的基本原理、温度和应变传感特性及其交叉敏感问题,并对现有的光纤光栅解调方法进行了分析和比较。提出并设计了一套光纤Bragg光栅振动检测系统。首先介绍了光路设计部分的器件选型和工作原理,指出了几个需要注意的问题,例如温度对系统的影响,并提出了解决方案。光路部分解调的关键是利用泵浦波分复用器的斜边,将光纤Bragg光栅的反射波长控制在泵浦波分复用器的斜边上,因此外界物理量导致的光纤Bragg光栅反射波长的漂移会引起系统输出光强的变化,通过分析这种变化来实现对系统的解调。其次介绍了系统整体设计方案、各部分功能及系统工作原理。最后论文中对该系统的光电二极管、放大电路、滤波电路、数据采集模块及LabVIEW软件进行了参数选择与详细的设计,在硬件方面选用的是PHILIPS的32位ARM芯片LPC2148,其内部包含两个10位的A/D转换器,系统利用USB设备控制器与上位机进行通信,将采集到的数据传送到上位机,通过LabVIEW软件显示出来。对系统进行振动测试实验,由实验结果证实了本系统的正确性,并简要分析了系统各部分信号之间的关系。根据目前光纤光栅传感器在很多领域的广泛应用,主要介绍了其在煤矿安全监测中的应用。在简单介绍煤矿发生灾害的原因及灾害形式的基础上,分析了煤矿振动监测的目的和重要性,然后将本论文所设计的光纤Bragg光栅振动检测系统应用到本实验中心建立的煤矿巷道模型中,进行振动检测实验,取得了良好的实验结果;并且通过对光纤麦克风的分析和研究,利用本论文所设计的系统制成了光纤光栅型麦克风,成功地实现了通话。这两个实验表明本论文所设计的系统有望在工程实际中得到应用。文章的最后部分根据系统单点单通道的特点、多种复用技术的优点及其广泛应用,提出了课题下一步研究的重点。