光纤光栅解调系统中长距离光延迟效应补偿方法研究-信息与通信工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独 创 性 声 明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 （必威体育官网网址的论文在解密后应遵守此规定） 研究生（签名）： 导师（签名）： 日期 (注：此页内容装订在论文扉页) 武汉理 武汉理工大学硕士学位论文 摘 要 光纤布喇格光栅（FBG，Fiber Bragg grating）传感器具有体积小、波长编码、 复用能力强等特性，为机械装备状态监测与损伤识别提供了新的传感途径并已 展现出巨大学术价值和广阔应用前景。基于扫频激光源的 FBG 解调系统能够满 足机械装备监测对大容量传感、高速率采集和高波长分辨率的要求。然而在进 行远距离传感解调时，光信号往返传输耗时产生光延迟效应致使系统出现波长 解调误差、检测波峰“周期旋转”与排列“乱序”问题，解调系统因定位传感 器失败而无法正确获得所需物理量信息。本文分析光延迟效应产生原因并提出 相应波长校准算法和波峰辨别方法，主要工作内容如下： （1）分析了基于扫频激光源的 FBG 解调系统光延迟原因，总结所产生的问 题。解调系统通过时域波峰检测时刻的测量来标定波长，而该时刻被光信号往 返传输耗时所滞后，解调波长出现误差，检测波峰因出现“周期旋转”与排列 “乱序”而无法确定其与传感器的对应关系。 （2）改进了解调系统并提出波长校准方法。解调系统增加解调速率调节模 块实现多种解调速率间快速切换，增加光源使能模块抑制干扰光。利用两个不 相同的解调速率数据，通过计算得到 FBG 对应梳妆区间和延迟校准参数。消除 光延迟误差，实现实时校准解调。 （3）提出了同距离和异距离两种部署方式下的波峰辨别方法。同距离部署 时主要影响因素为“周期旋转”，异距离则是因 FBG 光缆距离间差异巨大。利用 四个不同解调速率数据之间的关系，结合波长校准方法，辨别出一个扫描周期 内检测波峰与传感器的对应关系并消除波长误差。 （4）对波长校准与波峰辨别进行了充分实验验证。实验中利用多种长度光 缆、多个解调速率以及不同 FBG 部署方式来模拟真实工程应用场景；利用高分 辨率示波器和光谱仪进行数据补偿。观察实验现象，对比数据验证校准与辨别 效果。 实验数据表明，波长校准方法使得波长误差保持在 10pm 以下；波峰辨别方 法在同距离和异距离部署时均能够正确找到检测波峰与传感器的对应关系。该 方法能够消除光延迟所产生的问题，保证解调数据正确、完整。同时，该方法 对应用场景中光缆长度、光栅部署、环境等因素导致的光延迟变化具有自适应 I 能力。对比传统方案，本文所提方法具有精度高、灵活性好的优点。特别适用 于基于扫频激光源的 FBG 解调系统进行远距离高速大容量解调，保障了机械装 备监测与故障诊断系统的正常运作。 关键字：布喇格光栅；扫频激光源；长距离；光延迟校准算法；波峰识别；高 速；大容量 II Abstract Fiber Bragg Grating (FBG) sensors provide a new approach, which has a wide range of applications and high academic significance, for dynamic detection and fault diagnosis of mechanical equipment due to their advantages such as small size, wavelength-encoding, high multiplexing capacity, etc. Although wavelength-swept laser based FBG interrogation system meets the need of large capacity, high acquisition speed and high wavelength resolution in detection of mechani