【摘 要】
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光纤Bragg光栅及其在光纤传感器中的应用研究引起了人们普遍的关注,光纤光栅是性能优良的传感元件,尤其是在一根光纤中可连续写入多个光栅构成光栅阵列。因此,将光纤光栅阵列
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光纤Bragg光栅及其在光纤传感器中的应用研究引起了人们普遍的关注,光纤光栅是性能优良的传感元件,尤其是在一根光纤中可连续写入多个光栅构成光栅阵列。因此,将光纤光栅阵列与光复用技术相结合,并埋入材料和结构内部或贴装在其表面,从而对材料的特性(如温度、压力、应变等)实现多点监测。而如何进行有效且高精度的信号解调,是光纤光栅传感系统实用化推广的关键技术。本文主要对分布式光纤Bragg光栅传感网络系统的复用和解调技术进行理论和实验研究,提出应用数字滤波法和频谱相关法提高检测精度。首先综述光纤光栅传感技术的发展历史、国内外研究现状以及今后的发展趋势,总结光纤光栅的分类,光纤光栅传感器的优势以及其应用领域。从光纤光栅和光纤光栅传感器的基本理论出发,分析光纤光栅在应变和温度影响下的传感模型以及应变-温度交叉敏感问题并介绍温度补偿方案,并且对光纤Bragg光栅的应变传感进行了实验研究。在分析比较光纤Bragg光栅传感网络系统的复用技术以及几种典型解调方案的基础上,提出本论文的分布式8×10光纤Bragg光栅传感系统方案:采用波分和空分复用相结合的方法实现8×10复用以及可调谐光纤F-P滤波解调法对波长偏移进行检测,并且使用LabVIEW软件对该系统进行信号处理和界面设计。针对峰值检测法的不足,提出频谱相关技术和数字滤波技术可提高光纤Bragg光栅传感系统波长偏移检测精度。分别对峰值检测法,数字滤波法和频谱相关法检测波长偏移进行了数值模拟,并且搭建实验,对实验数据进行具体分析计算,证实了理论分析的正确性。通过理论和实验证明,数字滤波法和频谱相关法可以提高信号的信噪比,从而提高波长偏移解调检测精度,并且频谱相关法可达到理想低通滤波法的效果。
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