基于新型滤波技术的光纤光栅波长解调系统研究

摘要

光纤光栅传感器具有抗电磁干扰(Electro Magnetic Interference，EMI)、耐腐蚀、易于构建智能传感网络等诸多优点，而广泛应用在航空、航天和船舶智能结构监测，土木工程，石油化工等领域。契合天津市近年来在海河流域开发和城市快速路建设过程中，新建桥梁和改造旧桥项目增多等应用背景，并结合光纤光栅产业化进程中面临的关键技术问题，设计、研发了一整套模块化的基于光纤Fabry-Perot可调谐滤波器(Fiber Fabry-Perot Tunable Filter，FFP-TF)的数字化传感信号谱线解调系统。　　 本论文围绕Bragg光纤光栅耦合模式理论、传感机理、传感信号解调系统构建和传感信号处理等关键领域进行展开，重点论述了基于FFP-TF技术构建传感信号系统设计方案、传感信号经全相位降噪滤波处理算法。论文的主要内容如下：　　 (1)深入调研了光纤光栅传感器应用领域、国内外研究进展情况，以及其产业化进程中面临的关键问题等，进而引出课题研究意义所在。　　 (2)系统推导了FBG耦合模式理论，根据其特点对其进行了一一归类，在此基础上着重介绍了FBG在应力和温度传感检测领域的系统理论模型，并从原理上对以FFP-TF技术为核心的传感信号谱线解调系统方案进行了具体论述。　　 (3)描述了解调系统总体构架中系统工作原理、各硬件模块选型与互联，针对硬件构架完成了相应的数据采集模块软件算法的实现，并设计了谱线寻峰、定位算法，以及人机交互界面的构建。此外，完成了系统性能分析与测试，并针对其部分性能的不足提出相应的改进方案。　　 (4)将信号降噪滤波理论引入光纤光栅传感反射谱线信号处理领域，研究了零相位FRR和RRF滤波技术，在此基础上将基于全相位的零相位滤波技术应用于传感信号去噪。　　 (5)对课题开展工作进行了系统总结，针对其应用背景和用户需求，对课题进行展望。