光栅阵列测温系统解调精度的研究
发布时间：2022-01-22 02:21
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...
【文章来源】：武汉邮电科学研究院湖北省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤光栅阵列解调仪与电脑通信示意图
武汉邮电科学研究院硕士学位论文14高低温交变湿热试验箱（光栅阵列传感器）光纤光栅阵列解调仪计算机数据采集软件FC/PC跳线RS232图3-1光栅阵列传感器温度特性实验装置图图3-2光纤光栅阵列解调仪与电脑通信示意图图3-3高低温交变湿热试验箱示意图
武汉邮电科学研究院硕士学位论文26“配置时间”参数作为光源的默认系统参数，默认值为9；“保持时间”参数代表光源输出光波长切换稳定后的保持时间，也是作为波长切换稳定后数据采集卡采集数据的时间，保持时间和配置时间设置应合理，设置过小，脉冲之间容易相互串扰，设置过大，两脉冲之间的间隔过大，影响系统处理速度；“扫描间隔”参数指扫描范围内的所有波长扫描完成后的等待时间，它代表两次完整扫描之间的时间间隔，扫描间隔的大小与上位机处理速度有关。图4-3光源参数配置软件界面由于光源输出的光脉冲宽度决定着系统的空间分辨率，光脉冲宽度越窄，系统的空间分辨率越高，但同时输出光功率也就越小，因此反射回来的信号也就越弱，解调难度也就越大。而输出脉冲光的功率决定着系统的信噪比，同时影响着测量的精度与距离，若输出光功率较小，则经过前面光栅的多次反射后，到达后面光栅的强度也就变弱，导致测量距离大大减小，因此在本系统中，限制光栅测量数量的因素有光源输出功率的强度和待测光栅的反射率。与此同时，脉冲光进入光栅阵列后，在任意一个时刻需保证只有一个脉冲光在阵列中进行传输，以保证不同波长脉冲光之间无串扰，因此需根据实际测量长度合理的配置光源参数，以达到正确解调光栅信息的目的。2.光电转换模块对于光栅阵列测温系统来说，通常是先将光栅反射回来的光信号转换成为电信号，然后再进行处理，因此需要光电转换模块，即光电探测器。它的作用是把接收到的光信
【参考文献】：
期刊论文
[1]预紧封装光纤光栅温度传感器传感特性研究[J]. 闫光,辛璟涛,陈昊,骆飞,祝连庆. 振动.测试与诊断. 2016(05)
[2]光纤光栅技术在温度实时监测领域的应用[J]. 孙琪,阚晓婷,王美娇,刘智超. 科技经济导刊. 2016(26)
[3]光纤光栅在线制备技术研究进展[J]. 余海湖,郑羽,郭会勇,姜德生. 功能材料. 2014(12)
[4]双光纤光栅高频加速度传感器的研究[J]. 罗裴,田建伟,王立新. 光电工程. 2012(06)
[5]利用平稳小波变换处理FBG传感信号[J]. 何玉钧,王梓蒴,尹成群,李永倩. 红外与激光工程. 2011(11)
[6]光纤Bragg光栅传感系统典型寻峰算法的比较分析[J]. 尚秋峰,林炳花. 电测与仪表. 2010(02)
[7]光纤Bragg光栅温度和应变传感特性的试验研究[J]. 郑卜祥,宋永伦,张东生,吴安,姜德生. 仪表技术与传感器. 2008(11)
[8]基于干涉法的光纤光栅波长移位解调方案[J]. 罗映祥,余重秀. 激光与光电子学进展. 2005(10)
[9]单模双折射光纤弯曲时弹光效应[J]. 曲直,何杰,孙秀平,张喜和. 吉林大学学报(理学版). 2004(04)
[10]用3×3耦合器的干涉仪直接解调光纤光栅传感器的信号[J]. 江毅,陈淑芬. 光学学报. 2004(11)
博士论文
[1]光纤光栅传感器的理论和技术研究[D]. 贾宏志.中国科学院西安光学精密机械研究所 2001
硕士论文
[1]光纤光栅传感解调系统设计与算法研究[D]. 郭晓彤.中北大学 2017
[2]光纤光栅低温特性及复合材料结构热属性监测方法研究[D]. 马驰.南京航空航天大学 2017
[3]土体三向应力测试技术研究[D]. 刘凤勇.中国矿业大学 2016
[4]智能电网用光纤Bragg光栅传感解调系统的设计[D]. 苏阳.长春工业大学 2016
[5]分布式光纤光栅温度监测数据处理系统研究[D]. 周宁.燕山大学 2015
[6]光纤Bragg光栅传感信号波长解调关键技术的研究[D]. 杨雪.重庆邮电大学 2015
[7]光纤光栅传感解调系统研究[D]. 刘光超.北京交通大学 2015
[8]光纤光栅温度应变解调算法及其应用研究[D]. 贾桂文.北京交通大学 2014
[9]光纤光栅制作及传感技术[D]. 张玉.北京邮电大学 2010
[10]光纤光栅传感系统光源研究[D]. 刘颖刚.西北大学 2007
本文编号：3601379
【文章来源】：武汉邮电科学研究院湖北省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤光栅阵列解调仪与电脑通信示意图
武汉邮电科学研究院硕士学位论文14高低温交变湿热试验箱（光栅阵列传感器）光纤光栅阵列解调仪计算机数据采集软件FC/PC跳线RS232图3-1光栅阵列传感器温度特性实验装置图图3-2光纤光栅阵列解调仪与电脑通信示意图图3-3高低温交变湿热试验箱示意图
武汉邮电科学研究院硕士学位论文26“配置时间”参数作为光源的默认系统参数，默认值为9；“保持时间”参数代表光源输出光波长切换稳定后的保持时间，也是作为波长切换稳定后数据采集卡采集数据的时间，保持时间和配置时间设置应合理，设置过小，脉冲之间容易相互串扰，设置过大，两脉冲之间的间隔过大，影响系统处理速度；“扫描间隔”参数指扫描范围内的所有波长扫描完成后的等待时间，它代表两次完整扫描之间的时间间隔，扫描间隔的大小与上位机处理速度有关。图4-3光源参数配置软件界面由于光源输出的光脉冲宽度决定着系统的空间分辨率，光脉冲宽度越窄，系统的空间分辨率越高，但同时输出光功率也就越小，因此反射回来的信号也就越弱，解调难度也就越大。而输出脉冲光的功率决定着系统的信噪比，同时影响着测量的精度与距离，若输出光功率较小，则经过前面光栅的多次反射后，到达后面光栅的强度也就变弱，导致测量距离大大减小，因此在本系统中，限制光栅测量数量的因素有光源输出功率的强度和待测光栅的反射率。与此同时，脉冲光进入光栅阵列后，在任意一个时刻需保证只有一个脉冲光在阵列中进行传输，以保证不同波长脉冲光之间无串扰，因此需根据实际测量长度合理的配置光源参数，以达到正确解调光栅信息的目的。2.光电转换模块对于光栅阵列测温系统来说，通常是先将光栅反射回来的光信号转换成为电信号，然后再进行处理，因此需要光电转换模块，即光电探测器。它的作用是把接收到的光信
【参考文献】：
期刊论文
[1]预紧封装光纤光栅温度传感器传感特性研究[J]. 闫光,辛璟涛,陈昊,骆飞,祝连庆. 振动.测试与诊断. 2016(05)
[2]光纤光栅技术在温度实时监测领域的应用[J]. 孙琪,阚晓婷,王美娇,刘智超. 科技经济导刊. 2016(26)
[3]光纤光栅在线制备技术研究进展[J]. 余海湖,郑羽,郭会勇,姜德生. 功能材料. 2014(12)
[4]双光纤光栅高频加速度传感器的研究[J]. 罗裴,田建伟,王立新. 光电工程. 2012(06)
[5]利用平稳小波变换处理FBG传感信号[J]. 何玉钧,王梓蒴,尹成群,李永倩. 红外与激光工程. 2011(11)
[6]光纤Bragg光栅传感系统典型寻峰算法的比较分析[J]. 尚秋峰,林炳花. 电测与仪表. 2010(02)
[7]光纤Bragg光栅温度和应变传感特性的试验研究[J]. 郑卜祥,宋永伦,张东生,吴安,姜德生. 仪表技术与传感器. 2008(11)
[8]基于干涉法的光纤光栅波长移位解调方案[J]. 罗映祥,余重秀. 激光与光电子学进展. 2005(10)
[9]单模双折射光纤弯曲时弹光效应[J]. 曲直,何杰,孙秀平,张喜和. 吉林大学学报(理学版). 2004(04)
[10]用3×3耦合器的干涉仪直接解调光纤光栅传感器的信号[J]. 江毅,陈淑芬. 光学学报. 2004(11)
博士论文
[1]光纤光栅传感器的理论和技术研究[D]. 贾宏志.中国科学院西安光学精密机械研究所 2001
硕士论文
[1]光纤光栅传感解调系统设计与算法研究[D]. 郭晓彤.中北大学 2017
[2]光纤光栅低温特性及复合材料结构热属性监测方法研究[D]. 马驰.南京航空航天大学 2017
[3]土体三向应力测试技术研究[D]. 刘凤勇.中国矿业大学 2016
[4]智能电网用光纤Bragg光栅传感解调系统的设计[D]. 苏阳.长春工业大学 2016
[5]分布式光纤光栅温度监测数据处理系统研究[D]. 周宁.燕山大学 2015
[6]光纤Bragg光栅传感信号波长解调关键技术的研究[D]. 杨雪.重庆邮电大学 2015
[7]光纤光栅传感解调系统研究[D]. 刘光超.北京交通大学 2015
[8]光纤光栅温度应变解调算法及其应用研究[D]. 贾桂文.北京交通大学 2014
[9]光纤光栅制作及传感技术[D]. 张玉.北京邮电大学 2010
[10]光纤光栅传感系统光源研究[D]. 刘颖刚.西北大学 2007
本文编号：3601379
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