论文部分内容阅读
光纤传感技术是伴随光纤通信技术发展而迅速发展起来的,在电力、桥梁、医疗、矿井等诸多领域都得到了广泛应用。现有的FBG解调产品由于价格昂贵、体积大,很难广泛应用,因此FBG传感器实用化的关键是降低成本,开发微型化、模块化、适合工程实际应用的传感解调系统。本课题选择光纤布拉格光栅(FBG)的波长解调技术进行研究,对解调系统的实用化研究有重要学术价值和实际意义。本文首先对FBG传感技术的基本原理、特点及发展前景进行阐述,对匹配FBG可调滤波法、可调谐光纤F-P滤波器法等四种解调方法的原理和构成进行介绍,并对其性能进行比较和分析。本文的解调系统就是在可调谐F-P滤波器法的基础上进行研究的,主要内容有:系统的阐述了FBG反射谱信号的特征以及传输和采集过程中的噪声模型;基于虚拟仪器开发平台LabVIEW和MATLAB编程工具,设计实现了含噪FBG反射谱信号;根据FBG反射谱信号的处理流程(采集-滤波-拟合-定位),完成了流程中各个步骤的设计与实现;针对滤波部分,分别对滑动平均滤波、小波滤波、零相位滤波、优化后的零相位滤波、Savitzky-Golay平滑滤波等九种滤波算法进行了仿真和比较;针对拟合部分,对功率加权平均法、高斯拟合、反卷积法等五种传统拟合算法进行了仿真和比较。为了探索更精确的检测FBG反射谱中心波长的方法,结合国内外相关资料的分析,基于神经网络理论,对BP、RBF以及小波三种不同的神经网络结构进行设计和调试,用来对采集的光谱数据进行拟合,通过对比网络训练时间以及拟合的结果,对不同网络结构的优劣性进行了分析比较,结果表明神经网络拟合处理FBG反射谱信号更具优势。最后,完成了基于虚拟仪器技术的FBG波长解调系统的设计与调试。通过仿真实验可得该解调系统能够正常稳定的运行,能够正常处理及存储采集到的光谱数据。验证了本文提出的基于虚拟仪器技术的FBG波长解调系统设计是可行的。