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基于DSP的光纤Bragg光栅解调

张洪波  
【摘要】: 光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是目前最有发展前途、最具代表性的光纤无源器件之一。由于它能将被感测信息转化为其反射波长的偏移,即具有波长编码的特性,因而不受光源功率波动和系统损耗的影响。另外,光纤光栅具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等优点,易于将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列,实现分布式传感,这是其他传感元件无法比拟的。因而近年来在光纤光栅传感方面的研究与应用已经越来越引起人们的重视。 然而,当前FBG传感技术研究领域的难点之一就是FBG的解调技术,目前国内不少部门和研究单位对其解调技术进行了很多研究,但是大多数处于实验室研究阶段,离实用化,工程化,产品化的标准还有相当距离。 本文在此基础上设计了一套基于DSP的分布式光纤Bragg光栅传感器波长解调系统。该系统采用可调谐光纤F-P(Fabry-Perot)滤波法对FBG波长变化进行解调,其中提供给F-P的驱动电压由TMS320VC5402 DSP的计数器经D/A转换产生。当透过F-P滤波器的光波长与Bragg反射波长重合时,就产生中断请求信号,DSP响应中断后就对有用的信息进行处理,进而得到相应被测参量的变化。 本文是一个涉及到光、机、电的复杂的研究体系,其所做的主要工作包括: (1)阐述了光纤Bragg光栅传感和解调基本原理,并系统地分析了影响光纤Bragg光栅波长的主要因素。 (2)提出了几种有较高研究价值的光纤光栅解调方案,并对这些方案进行了分析和比较,总结了各方案的优缺点。 (3)作为本课题的预备知识,对于本课题所用到的重要器件:TMS320V C5402 DSP芯片做了较系统地阐述和分析。 (4)选定了一套分布式FBG传感解调系统,即可调谐F-P滤波法。在此基础上对整个解调方案进行了细化,并对各子部分的硬软件分别进行了设 计。 (5)以分布式温度变量作为被测对象进行了分布式传感解调实验,实 验结果表明本解调方案的功能达到了预期的目标,能够满足解调试验与工程 应用需要。 (6)根据实验结果对本论文进行了总结,并对后续工作进行了展望。


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