光纖光柵分布式傳感系統(tǒng)及其在煤礦安全監(jiān)測中的應(yīng)用.pdf

1、光纖光柵是近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無源器件之一。由于光纖光柵對特定波長的光具有反射作用，并且其反射中心波長隨著溫度、應(yīng)力等物理量的變化而變化，具有優(yōu)良的溫度和應(yīng)變響應(yīng)特性，所以它在傳感領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。光纖光柵傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)之一是便于構(gòu)成分布式傳感系統(tǒng)，而構(gòu)成分布式傳感系統(tǒng)最關(guān)鍵技術(shù)之一是復(fù)用技術(shù)，包括波分復(fù)用(WDM)、時分復(fù)用(TDM)、空分復(fù)用(SDM)及它們的組合復(fù)用技術(shù)。 光纖光柵的復(fù)用技術(shù)使得多個傳感光柵共用

2、一個光源和一個解調(diào)系統(tǒng)，它不但可以減少每個傳感頭上花費(fèi)的成本，也可以大大減小整個傳感系統(tǒng)的體積。光纖光柵分布式解調(diào)系統(tǒng)的成本通常占整個分布式傳感系統(tǒng)成本的絕大部分，它的監(jiān)測精度也往往決定著整個系統(tǒng)的精度，所以說解調(diào)系統(tǒng)是光纖光柵分布式傳感系統(tǒng)的核心。 本文是以光纖光柵分布式傳感解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用為目的。主要研究了以下幾個方面的問題： 第一章在對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析的基礎(chǔ)上，介紹了當(dāng)前光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢

3、及其在實際應(yīng)用中需要解決的幾個主要問題。 第二章從理論上推導(dǎo)了光纖光柵的溫度和應(yīng)變的傳感特性以及二者的交叉靈敏度。并通過實驗證明了光纖光柵傳感器的中心波長與溫度、應(yīng)變有良好的線性關(guān)系，光纖光柵作為傳感器具有很好的回復(fù)性和重復(fù)性。與應(yīng)變片的測量結(jié)果對比可知，光纖光柵比應(yīng)變片具有更好的性能。實驗中采用溫度結(jié)果補(bǔ)償?shù)膮⒖糉BG法，通過溫度補(bǔ)償前后的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，證明了這種方法有很好的溫度補(bǔ)償效果。 第三章具體分析了光纖

4、光柵分布式解調(diào)的原理及常用的四種解調(diào)方法，介紹了分布式系統(tǒng)中常用的幾種復(fù)用方法，指出了分布式解調(diào)所面臨的一些問題。 第四章在上面分析的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種基于可調(diào)諧光源的光纖光柵分布式傳感解調(diào)系統(tǒng)。通過對光路、電路等硬件部分的設(shè)計，通過LabVIEW軟件編程控制DAQ2005數(shù)據(jù)采集卡，并用相關(guān)分析的思想對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，實現(xiàn)了4個通道同時解調(diào)。解調(diào)系統(tǒng)的動態(tài)頻率為IHZ；掃描范圍為1525nm～1565nm；測量精度為5pm；

5、每一通道最遠(yuǎn)測量的距離大約為lOkm左右；如果每個傳感器的變化范圍為4nm(考慮波長間隔，緩沖區(qū)，所用傳感器最大的測量范圍)，每個通道可串聯(lián)10個光纖光柵傳感器，能滿足波分、空分及二者結(jié)合復(fù)用的分布式傳感陣列的解調(diào)需求。 第五章將設(shè)計的光纖光柵分布式傳感解調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)用到實驗室建立的煤礦巷道的物理模型中，模擬礦井實際的安全需求情況，進(jìn)行溫度，應(yīng)變的實際測量，用多傳感器數(shù)據(jù)融合的理論對最后的測量結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，并把分析的結(jié)果用于