基于FBG-OTDR式的双激光多点应变测量关键技术的研究

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光纤光栅作为一种新型的传感器件,具有抗干扰、耐腐蚀、结构简单等特性,近些年得到快速的发展,已广泛地用于大型工程结构的应变测量中,具有十分重要的研究意义与使用价值。   论文在时分复用(TDM)和光时域反射(OTDR)思想的基础上对FBG-OTDR式应变测量原理进行了分析,设计了应变测量系统的实验方案,计算了实验系统的主要参数,确定了实验系统的主要器件。为提高测量系统的空间分辨率,重点研究了实现FBG-OTDR应变测量的关键技术,即激光器超窄脉冲驱动电路。在此基础上重点分析了分布反馈式(DFB)激光器的调制特性、测试了激光器P-I特性。根据脉冲电信号直接调制激光器的思想,以单片机为核心设计了基波信号产生源,通过由高速门电路组成的单稳态触发器得到纳秒级宽度的窄电流脉冲,对比不同高速元件产生信号的影响,设计并制作了激光器窄脉冲电流驱动电路,并对驱动电路进行优化,提高电路的负载能力,实现宽度为8ns、驱动峰值76mA的脉冲电流。通过实验验证设计的电路驱动激光器产生光脉冲性能符合FBG-OTDR应变测量系统的要求。   搭建FBG-OTDR应变测量实验系统。对反射率5%的FBG反射谱进行实验观测,并与计算结果进行对比,验证了FBG参数符合设计要求,同时在参照本系统选用设备的基础上对实验系统的传输损耗进行了理论计算分析,获得应变测量的范围。最终通过对FBG-OTDR应变测量系统进行实验标定,数据拟合分析,获得到了应变一电压关系式,并与仿真曲线进行了对比,在10Kg的应变范围内得到了较好的结果,初步验证了FBG-OTDR系统用于多点应变测量技术的可行性。
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