基于LabVIEW的光纖布拉格光柵動(dòng)態(tài)解調系統

摘要：為了實(shí)現光纖光柵動(dòng)態(tài)解調的目的，采用了一種基于長(cháng)周期光柵(LPFG)邊緣濾波特性解調光纖布拉格光柵(FBG)的動(dòng)態(tài)應變檢測系統。將FBG作為傳感元件，利用長(cháng)周期光柵邊緣濾波特性對光強調制，經(jīng)光電轉換獲得電壓信號，通過(guò)高速數據采集卡與LabVIEW軟件設計結合由計算機采集。進(jìn)行了振動(dòng)實(shí)驗，采集信號的時(shí)域波形圖并進(jìn)行頻譜分析。試驗結果表明該系統具有良好的動(dòng)態(tài)響應特性，可實(shí)現2．5 kHz以?xún)鹊膭?dòng)態(tài)應變監測。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；光柵；邊緣濾波；動(dòng)態(tài)解調

0 引言
與傳統電子傳感器相比，光纖光柵傳感器是目前最具發(fā)展前途的傳感器之一。降低了自身的重量和體積，在抗電磁干擾能力、電氣隔離和傳輸損耗等方面都有著(zhù)優(yōu)越的表現，光纖光柵的出現給傳感器技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展帶來(lái)了一種新的發(fā)展趨勢。波長(cháng)解調技術(shù)是實(shí)現光纖光柵傳感的關(guān)鍵，在光纖光柵的應用領(lǐng)域，光纖光柵解調技術(shù)一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)課題。目前正在研究的光纖光柵傳感解調方案有許多，如利用干涉濾波法，可調諧光纖法布里-珀羅腔法，邊緣濾波解調法等，其中，干涉濾波法僅適用于測量動(dòng)態(tài)應變，無(wú)法測得絕對應變；高精度的可調諧光纖法布里一珀羅腔價(jià)格高昂，濾波損耗大。因此能夠實(shí)際應用的解調產(chǎn)品并不多，特別是用于動(dòng)態(tài)解調的解調設備，大多尤為昂貴，不利于工程應用。本文利用長(cháng)周期光柵(Long-Period Fiber Grating，LPFG)具有邊緣濾波特性，自行研制了一套光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating，FBG)動(dòng)態(tài)檢測系統并將其用于振動(dòng)方面的測試。試驗結果表明，該解調系統能夠較好地檢測振動(dòng)信號，相對于其他的解調方案，具有結構簡(jiǎn)單，解調速度快，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。本文利用高速數據采集卡讀取采集數據傳送到PC機，通過(guò)LabVIEW進(jìn)行數據分析，實(shí)現了對動(dòng)態(tài)應變系統狀態(tài)的實(shí)時(shí)準確掌控。

1 解調原理
基于長(cháng)周期光纖光柵解調系統解調原理如圖1所示。

圖中，曲線(xiàn)A為光纖布拉格光柵(FBG)的反射光譜，曲線(xiàn)C為長(cháng)周期光纖光柵(LPFG)的透射譜，FBG反射光經(jīng)過(guò)LPFG濾波后，光功率信號I(λ)為：

式中：R(λ)為FBG的反射光譜；H(λ)為L(cháng)PFG的透射光譜；在一定的波長(cháng)范圍內，H(λ)近似線(xiàn)性函數，而R(λ)的光譜寬度遠小于該波長(cháng)范圍，因此I(λ)也近似線(xiàn)性函數，也即：

由式(3)可知，通過(guò)測量I(λ)／I1(λ)的值即可獲得波長(cháng)信息，從而實(shí)現對FBG波長(cháng)的檢測。