长周期光纤光栅-布拉格光纤光栅多波长测温系统研究

摘要

随着科技的发展，布拉格光纤光栅(FBG)受到越来越多的重视，使得FBG成为最有发展前景的光纤无源器件之一。FBG有着抗电磁干扰能力强、耐腐性好、反应灵敏、体积小、能够形成分布式测量系统等的优点。为了对FBG的中心波长进行解调，本文提出了一种长周期光纤光栅(LPFG)-FBG多波长解调方法，该方法将LPFG的透射谱和FBG反射谱特性相结合。该解调方法结构简单，测量精度高，能够实现对温度、应力等的多点测量。本文主要进行了以下几个方面的工作：
　　首先，本文对FBG的国内外研究现状进行深入的研究，明确研究了意义。对光纤光栅的种类进行了简要介绍，应用耦合模式理论对FBG和LPFG的传感原理进行了深入的分析，着重研究了温度对FBG和LPFG传输特性的影响。
　　其次，深入的分析了几种常见的FBG解调方法，在对传统解调方式进行深入研究的基础上，提出了一种LPFG-FBG多波长解调方法。该方法可以通过FBG反射光功率的变化解调出FBG中心波长的变化，可以通过LPFG透射谱损耗峰的高带宽提高FBG测量点数，实现多点测量。
　　再次，对FBG温敏特性进行了深入的研究，通过封装方式来提高FBG的温敏特性，并且对几种不同的封装保护方式进行了温敏特性实验，最终选取了以铝片为基底封装的FBG作为系统的温度传感器。编写了STM32下位机信号采集处理程序和上位机LabVIEW程序，上位机能够显示FBG所测得外界温度，并且能够存储外界温度值存储，进行上位机之间的通信。
　　最后，进行了FBG中心波长-电压标定实验和FBG中心波长-温度实验，最终得到了电压值和温度的关系。搭建了实验系统，通过反复的实验验证了系统的稳定性和可靠性，系统能够对多个FBG的中心波长进行解调，有一定的应用前景。

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第1章 绪 论

1.1引言

1.2 FBG国内外研究现状

1.3 FBG传感技术的研究意义

1.4 光纤光栅分类

1.5 论文的主要内容和结构安排

第2章 FBG传感原理及解调方法

2.1 光纤光栅传感理论基础

2.2光纤光栅的传感机理

2.3 FBG解调方式

2.4 本章小结

第3章 FBG解调系统的设计

3.1 系统方案设计

3.2 温敏式封装概况

3.3 实验结果与分析

3.4 FBG封装方式选择

3.5本章小结

第4章 嵌入式系统及上位机系统设计

4.1 基于STM32处理器平台的实现

4.2 LabVIEW简介

4.3 LabVIEW的上位机整体系统

4.4 本章小结

第5章 FBG解调系统实验

5.1 解调系统搭建

5.2 光电转化电压与FBG中心波长关系的标定

5.3 FBG解调系统精度和稳定性测试

5.4 本章总结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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