【摘 要】
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光纤光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）作为一种优质传感元件,具有其耐高温、抗腐蚀性高、抗电磁干扰等特点广泛应用于工业工程中的各个领域。光纤光栅解调技术一直是光纤光栅传感技术体系中的研究重点,特别是动态解调技术更是实际问题所需要的,本文从这一实际需要出发,对光纤光栅动态解调技术进行了相关研究。通过综述光纤光栅传感器及其解调技术的研究现状、光纤光栅的温度和应变传感机理,对常用的解调
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光纤光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）作为一种优质传感元件,具有其耐高温、抗腐蚀性高、抗电磁干扰等特点广泛应用于工业工程中的各个领域。光纤光栅解调技术一直是光纤光栅传感技术体系中的研究重点,特别是动态解调技术更是实际问题所需要的,本文从这一实际需要出发,对光纤光栅动态解调技术进行了相关研究。通过综述光纤光栅传感器及其解调技术的研究现状、光纤光栅的温度和应变传感机理,对常用的解调方案和解调算法进行了对比分析,详细介绍了一种基于Buneman频率估计所改进的Buneman-Bragg波长估计（Buneman-Bragg Wavelength Estimation,BBWE）-FBG解调算法,阐述了其在计算量、抗干扰、解调分辨率等方面的优势,并依托可调谐激光器解调法和光谱检测法分别进行了实验验证,论文的主要工作如下:（1）搭建了一套以分布式反馈激光器（Distributed Feedback Laser,DFB）扫频为核心的光纤光栅解调系统,整体系统由DFB激光器、驱动电路模块、温度控制模块、环形器、数据采集模块、光电转换等模块组成,其中解调算法选用了BBWE-FBG解调算法。搭建了温度控制实验系统对解调方案进行了静态温度实验,实验结果证明了该方案的可行性。（2）采用Bayspec光谱解调模块和宽带光源搭建硬件系统,解调算法选用BBWE-FBG解调算法,并与高斯拟合算法进行对比,在光谱采集速率为2k Hz,采样光谱最小光频间隔为0.156nm的条件下,解调分辨率可达0.028pm,明显优于高斯拟合的0.27pm分辨率,证明其解调分辨率和抗噪声性能的优势。论文进一步探究了该算法在不同光谱采集速率下的解调分辨率,实验结果证明控制温度为20℃光谱采集速率为2.5k Hz、5k Hz、7.5k Hz,以及采样光谱最小光频间隔为0.156nm的条件下,系统的解调分辨率分别可以达到0.032pm、0.154pm、0.24pm。（3）基于悬臂梁实验装置实验测试该动态解调系统的性能,结果显示:当悬臂梁固有频率为85Hz时,通过振动实验台提供外界动态信号,实验得到不同频率下动态解调得出的中心波长变化曲线以及幅频特性曲线都很稳定。本论文提出的方法为光纤光栅的动态解调提供了一种新的算法探索,并且有希望获得更高的动态解调分辨率。
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