基于FBG传感信号解调技术的研究

作     者：王庆华 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张颖

授予年度：2006年

学科分类：11[军事学] 0810[工学-信息与通信工程] 1105[军事学-军队指挥学] 08[工学] 081002[工学-信号与信息处理] 081101[工学-控制理论与控制工程] 110503[军事学-军事通信学] 0811[工学-控制科学与工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 

主      题：光纤布喇格光栅 动态解调 匹配滤波 压电陶瓷 可调谐Fabry-Perot滤波器 

摘      要：光纤布喇格光栅(FBG)传感器以其优异的电气绝缘性以及抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、体积小、重量轻等优点,被广泛应用于建筑、电力、医药和化工等多个领域,是目前光纤传感领域的一个研究热点。FBG传感信号解调技术的研究又是FBG传感领域的重点和难点,从而引起人们的广泛关注。本文以FBG传感器信号解调技术的研究为主题,对几种解调技术进行了深入的理论和实验研究。 首先,对国内外FBG传感信号解调技术发展状况进行了综合分析,阐述了该领域的研究现状,并分析了有关解调方案的优缺点。 其次,系统地阐述了光纤传光的耦合模理论,并在此基础上推导出FBG的Bragg公式、反射率和透射率公式;分析了FBG的应变、压力和温度传感器的传感机理。 给出了FBG匹配滤波动态解调方案的数学模型并对其进行了仿真研究;实验研究了两种解调方案:一是应用压电陶瓷控制调制FBG进行信号解调;二是应用可调谐F-P滤波器对传感FBG进行信号解调,进一步验证了所给出的数学模型的正确性,并对实验中出现的问题进行了深入的分析研究。 最后,设计了基于MCS-51单片机控制的FBG传感器信号解调系统,对系统中所应用的两种匹配光栅扫描装置进行了深入的实验研究:一是压电陶瓷扫描,二是步进电机推动悬臂梁扫描。实现了扫描信号值的LED显示,并获得了6.7 pm/V和1 pm/步的静态测量灵敏度。