《《基于光纤布拉格光栅的实时测温系统的设计》-公开DOC·毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《基于光纤布拉格光栅的实时测温系统的设计》-公开DOC·毕业论文（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 毕业设计论文论文题目：基于光纤布拉格光栅的实时测温系统的设计系 部 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2012年05月 1 日 目录摘要IAbstractII第1章 绪论1引言11.2光纤光栅的诞生极其分类11.3光纤光栅传感技术的特点和应用31.3.1 光纤布拉格光栅传感技术的特点31.3.2 光纤传感技术在实际中的应用4第2章 光纤光栅传感理论52.1 光纤光栅的基本原理52.1.1 光纤光栅的基本光学性能52.1.2 光纤光栅的传感原理72.2 光纤光栅的传感灵敏度82.2.1 应变灵敏度822.2温度灵敏度9第3章 光纤光栅解调方法93.1 光纤光栅的解调概念93.2 光纤
2、光纤传感系统解调方法介绍103.2.1光谱仪检测法103.2.2 非平衡马赫-曾德干涉仪跟踪法103.2.3 匹配光栅法113.2.4 可调谐窄带光源解调法113.2.5 线性边带滤波解调法123.2.6 可调谐法布里珀罗腔法12第4章 实验系统134.1 光纤光栅测温系统的总体架构134.2 光路部分144.2.1ASE宽带光源144.2.2 光纤耦合器154.3 信号处理电路部分154.3.1 ADC与DAC电路设计154.3.2 高速数字信号处理电路设计174.4 参考光纤光栅的标定204.5 服务器端软件设计21第5章 系统测试235.1 测试过程及数据23结论25致谢26参考文献27
3、摘要光纤布拉格光栅(FBG)自1978年出现以来,由于其良好的滤波特性和灵敏的温度、应变响应,已经在光纤通信、传感和测量等领域取得了广泛应用。光纤光栅传感器除了具有一般光纤传感器的优点外,其突出特性是:被测信号是波长编码的,并且方便利用时分、波分复用技术实现对多种传感量(应力、温度、强磁场等)的准分布式多点测量。如何对光纤光栅的波长编码信号进行解调是实现光纤光栅传感器应用的关键技术之一。 本文首先概括介绍了光纤光栅的诞生与发展、光纤光栅传感器的原理与应用、光纤布拉格光栅传感解调的国内外现状。分析了光纤光栅温度和应变传感机理,并讨论了光纤光栅温度应变交叉敏感问题。接着,对目前国内外已经研究过的光
4、纤光栅传感系统波长解调方法进行了简单的归纳和分析。 本文对光纤光栅波长的解调方法是基于F-P滤波器解调的光纤光栅测温系统。本系统主要包括光路部分、信号处理部分、恒温控制部分、通信部分、本地显示和报警输出部分和服务器通信管理软件等。根据光纤光栅的中心波长的计算方法设计了相应的硬件电路,设计了本系统的相关软件程序,对光纤光栅的波长进行解调,并且转换成温度显示在液晶上面,或者通过RS232串口或以太网接口和计算机相连,将测量的结果由计算机显示出来。 本系统的高速数字信号处理电路部分采用的高性能浮点DSP处理芯片,实现采集数据的实时运算处理,将处理后的结果信息通过串口发送至控制模块,再通过GPIO接口
5、对控制模块等相关模块进行通信。 系统搭建完成后,进行了对系统性能的测试,检验系统测量温度的准确度,其中包含两个方面:一是对系统解调光栅波长准确度的验证;二是对系统温度定标准确度的验证。经检验,本文得出的实验结果有一定的实用价值。对FBG传感器的使用和推广具有重要的实际意义。关键字：布拉格光栅；波长编码；、F-P滤波器；DSP；测温Abstract Since fiber Bragg grating came out in 1978,it has been widely applied because of its good filtering character and sensitive t
6、o temperature and strain response in the field of fiber communication ,sensor ,measure ,etc. Fiber Bragg grating sensors have the character which the common fiber sensors have. Furthermore their prominent character is that the measuring signal is wavelength encoding , they achieve avriety of sensing
7、 by using quasi-distributed multi-point measurement conveniently. How to demodulate the wavelength encoding signal is one of the key technologies for the application of fiber grating sensors. Firstly, the naissance and development of fiber grating, the principle and application of fiber grating sens
8、ors, the actuality of wavelength demodulation At home and abroad were introduced in the paper. It analyzed the fiber grating temperature and strain sensing mechanism and discusses the cross sensitivity of fiber grating temperature-strain . Then ,it carried on the simple conclusion and analysis about
9、 fiber bragg grating sensor wavelength demodulation system which has been researched by domestic and foreign . The method of the fiber grating wavelength demodulation is fiber bragg grating temperature measurement system based on F-P filter .Optical part ,signal processing, temperature control part,
10、 local display , alarm output and server communication management software and so on were included in this system .The hardware and software program were designed according to the center wavelength of fiber grating, the tesults of FBG wavelength demodulation were displayed on the LCD or were display
11、ed by the computer through the RS232 serial port or Ethernet interface connected the system to the computer. The floating point DSP processing with high-performance chip was used in the high-speed digital signal processing, and address the results of the information which was processed sent to the c
12、ontrol module through the serial port, and communicate with control module and other related modules through the GPIO interface. We tested the performance of the system ,testing system, the accuracy of measuring temperature after the system built, which includes two aspects: First ,the verification
13、of accuracy of grating wavelength demodulated by system; second, the verification of accuracy of system temperature calibration .Upon examination, This experinmental results obtained by this paper have some practical value.Keywords: Bragg grating; wavelength encoding; F-P filter; temperature 第1章 绪论引
14、言光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating），简称光纤光栅（FBG）具有波长调制、分辨率高、抗电磁干扰、重复性好以及可进行批量生产等特性点，光纤光栅技术正成为当前传感器领域研究的一大热点。光纤光栅传感器具有体积小、损耗低、灵敏度高、抗电磁干扰、点绝缘性好、带宽大。并能多点分布式测量等优点，已应用于桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物、舰船系统、海洋、航空、医学领域，电力系统等，并取得了许多成果。20世纪70年代以来，光纤光栅传感器取得了飞速的发展。由于其独特的优点，决定了光纤光栅可在某些特殊条件下的测量工作，比起常规检测技术来具有更多的优势，是传感技术发展的一个主导方向。光纤传感技术代
15、表了新一代传感器的发展趋势。1.2光纤光栅的诞生极其分类 光纤的基本结构十分简单，如图1-1所示。光纤是一种玻璃丝，其材料是石英(二氧化硅)，是通信网络的优良传输介质，因此在通信系统中得到了广泛的应用。光纤是一种纤芯折射率高的同轴圆柱形电介质波导，折射率的差异引起全内反射，以致使得光纤在纤芯内传播。图1-1 光纤结构图 纤芯和包层的折射率差并不需要很大，实际上。只要大约1%就可以了。在光纤包层的外围，还有一些用于保护光纤的层面的结构，即图中的涂覆层。 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性（外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性的变化），通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，使得在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率呈周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜，利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件，例如光纤反馈腔就是利用光纤光栅的窄带高反射率特征制造出来的，光纤激光器是利用掺饵光纤等为增益介质；外腔反射器利用光纤光栅作为激光二极管，光纤光栅还可以构成可调谐激光二极管；利用
