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基于复用技术的光纤光栅传感解调系统的研究

李进  
【摘要】:紧密围绕智能电网在线监测的实际需要,以高性能光纤传感技术为核心,突破强电磁场与恶劣环境下光纤传感应用的相关共性关键技术,研究开发面向智能电网在线监测应用的新型光纤光栅温度传感器和大容量、高精度解调仪表,采用波分和空分相结合的混合复用技术,形成分布式光纤Bragg光栅传感解调系统。具体研究内容如下:(1)研究光纤光栅传感特性。本文在分析了国内外光纤光栅传感技术发展的基础上,详细阐述了光纤光栅温度及应变传感原理,并且讨论了光纤光栅传感中所涉及到的温度-应变交叉敏感问题,为封装和解调技术的研究提供了理论依据。(2)采用陶瓷封装技术应用于光纤光栅温度传感器。针对光纤光栅传感过程中存在的温度-应变交叉敏感问题,对光纤光栅传感器采取了陶瓷封装方式,使Bragg波长只受温度变化的影响,提高了对温度测量的灵敏度。实验证明,经过陶瓷封装后的光纤光栅传感器测温精度在±0.5℃以内。(3)选取波分、空分混合复用技术组建分布式传感网络,实现对智能电网高压电气设备的大容量分布式温度在线测量。单通道最大测量传感器点数为20,最大监测点数为640点(可以扩展到2560点),可以满足完整数字化电网的温度在线监测的应用要求。(4)确立将F-P滤波解调法作为系统的解调方法。在分析对比几种常用的解调方法优缺点的基础上,出于实用性和可行性考虑,最终采用了可调谐F-P滤波解调法。鉴此,首先介绍了系统中涉及到的主要光学器件的选型,然后基于FPGA核心控制器搭建完成硬件电路。(5)提出K-L变换算法应用于智能电网FBG解调系统。为了解决传统去噪方法的不足,将K-L变换应用在光纤Bragg光栅解调系统中,对单个或多个FBG传感器都能完整的将信号和噪声分离出来,取得了良好的去噪效果,使得系统解调分辨率达到1pm。(6)设计完成基于Lab VIEW平台的在线监测软件,实现对整个FBG传感网络的实时在线监控,并借此平台验证了FBG传感解调系统的性能指标。实验结果表明,系统解调精度在±5pm以内,满足预设指标要求,符合实际工程应用需求。


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