【摘 要】
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环境温度的变化会改变光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating),即光纤Bragg光栅的折射率变化周期和有效折射率,从而导致光纤Bragg光栅的中心波长发生偏移,分析波长偏移量即可达到准确测量温度的目的。新一代光栅阵列光纤传感技术采用光栅阵列传感器作为温度敏感元件,采用工业化的拉丝及光栅刻写一体化在线生产技术,它是一种可灵活配置的大规模、无接续、高精度、快速响应的多参量光纤传感新技术。
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环境温度的变化会改变光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating),即光纤Bragg光栅的折射率变化周期和有效折射率,从而导致光纤Bragg光栅的中心波长发生偏移,分析波长偏移量即可达到准确测量温度的目的。新一代光栅阵列光纤传感技术采用光栅阵列传感器作为温度敏感元件,采用工业化的拉丝及光栅刻写一体化在线生产技术,它是一种可灵活配置的大规模、无接续、高精度、快速响应的多参量光纤传感新技术。温度传感是新一代光栅阵列光纤传感技术最主要和最直接的应用方向之一,本论文主要研究光栅阵列测温系统的解调精度,它是由多个因素决定的,主要包括光栅阵列测温仪表的性能、光栅阵列传感器特性和解调算法。本论文主要从光栅阵列传感器特性和解调算法这两个方面出发,首先,通过实验并分析数据得出了光栅阵列传感器波长偏移量与温度变化之间的关系,计算出了更加精确的温度灵敏系数,从而提出了一种精确标定传感器温度灵敏系数算法;并在现有的解调波长算法基础上,分析不同温度变化程度下的光谱特性,提出了优化的解调波长方案,将解调精度控制在了1℃以内,有效提高了光栅阵列测温系统的解调精度。本论文的主要研究内容如下:(1)介绍了国内外光纤光栅传感技术的研究现状及光栅阵列测温系统的现状,并对光纤光栅的基本特性、光纤光栅写入技术、光纤光栅温度传感原理、光纤光栅传感解调技术,包括硬件解调技术及软件解调技术进行了深入分析。(2)通过实验对光栅阵列传感器的温度特性进行了研究,得出了其波长与温度的关系,在此基础上提出了一种精确标定温度灵敏系数的算法。并将该算法集成到自主开发的温度解调算法验证程序中,经测试,该算法可有效提高光栅阵列温度解调系统的精度。(3)详细介绍了光栅阵列测温系统及温度解调系统解调算法设计过程,具体包括采集光谱数据及拼接过程,并对拼接的光谱进行了降噪以及递推平均滤波等处理,然后深入分析了光栅的波长解调算法,并在现有的解调算法基础上提出了优化算法。(4)自主开发基于QT(跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架)的温度解调算法验证程序,实现对待测光栅波长数据的获取,可实现精确定位、标定、实时解调波长、温度数据等功能。
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