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光纤光栅的金属化封装及温度解调系统设计

更新时间：2020-04-01 01:55:40 大小：7M 上传用户：zhiyao6 查看TA发布的资源 标签：光纤光栅温度解调系统 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

光纤光栅是一种性能良好的光纤无源器件,广泛应用于通信及传感等领域。石英光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、线性度好、波长编码以及可实现准分布式传感等优点,可以用于应力、温度、电流、加速度等多种物理参数的传感测量,现在已广泛的应用于土木工程、石油开采、军事、航天等领域。

通常在制备光纤光栅时,需要出去保护层,从而导致其机械强度大大降低。因此作为传感使用的光纤光栅应具有良好的封装保护。普通的采用有机聚合物涂覆层和高分子的胶涂敷都存在易老化、蠕变、与被固定光纤或光栅容易产生相对位移而导致测量不准确等缺点,大大限制了光纤及光栅的应用。基于此种状况,众多的封装技术应用而生,其中金属化封装以稳定牢固、延展性好、耐高温、可焊性强等优点,成为光纤封装的新热点。

本文在分析光纤光栅传感原理的基础上,利用耦合模理论推导了光纤光栅温度、应变传感的数学模型,为光纤光栅传感器的封装设计提供了理论基础。然后,文章在比较分析了热蒸发镀膜、化学镀膜、溅射镀膜、电镀、离子镀等传统光纤光栅传感器镀膜方法优劣的基础上,采用了磁控溅射法实现了FBG传感器的镀膜工艺,详细阐述了镀膜理论并实现了FBG磁控溅射镀膜的操控流程,完成了对FBG镀可控膜厚的铜、锡等不同金属镀膜。

其次,对镀膜后的光纤光栅传感器的温度和应变响应特性进行了实验研究。镀膜后温度响应由镀膜前的10.1pm/℃增长到了11.3 pm/℃,灵敏度增长了11.2％,其温敏特性得到了提高。而应变特性基本没有变化。再次,在分析光纤光栅传感信号不同解调方法的基础上,采用长周期光纤光栅(LPFG)滤波法设计了信号解调方案。解调系统中,使用双光路解调,一路为经过LPFG滤波的传感信号,另一路为参考光信号,消除光源抖动以及又光源等系统噪声带来的影响。

最后,对解调后的光传感信号进行了光电转换、信号放大及滤波处理,并利用STC12C4052AD的单片机实现了模拟型号到数字信号的处理,温度信息利用LCD1602的液晶屏进行显示,方便了人机交流。其中,DS18820芯片的温度比对模块的加入,为系统提供了较为准确的实时温度信号,进一步提高了系统的可靠性。文章的末尾章节,配合硬件电路完成了相关软件的模块化编写,使得光纤光栅温度...