的通用解调设备,是与光纤光栅类传感器配套的不可或缺的设备。光纤光栅解调仪是对光纤光栅中心反射波长的微小偏移进行精确测量,波长解调技术的优劣直接影响整个传感系统的检测精度,因此光纤光栅波长解调技术是实现光纤光栅传感的关键技术之一。
对桥梁的多物理量结构健康监测
光纤光栅重光纤光栅应光纤光栅温
载车识别
变传感器
度传感器
光纤光栅振光纤光栅光纤光栅光纤光栅
动传感器压力计
测力计索力计
传感网络(WDM、TDM、SDM)
光纤光栅解调仪(多通道)
远远程程实实时时监监测测
图1光纤光栅解调仪在结构健康监测系统中的应用光纤光栅解调仪在结构健康监测有着非常重要的作用,它将光纤光栅传感器的波长信号解算出来,并传送给计算机,计算机里的上位机程序将各种波长信号转化为待测物理量的特征信号,即可对结构实行实时的监测。在结构健康监测系统中,如图1所示,传感器为网络中树叶,解调仪为树根,树干为传输光纤。解调仪的通道数量决定了树干光纤的芯数。多个解调仪即构成的树状结构组成了森林,该森林中树的数量仅受到计算机局域网内的IP地址限制。从一定程度上说,光纤光栅解调仪决定了一套结构健康监测系统的成本。为了实现被测物理量的高精度测量,在过去的十多年里,相关科学家在光纤光栅传感器技术的研究和应用方面取得了突破性的进展,提粗了许多解调方法来检测光纤光栅中心波长的微小变化,比较典型的有:匹配滤波法、非平衡MachZeh
der(MZ)干涉仪法,可调谐光纤光栅滤波器法、可调谐FabryPerot(FP)滤波器法等,如表1所示。
f表1常用光纤光栅解调方法
解解调方法
基本原理
特点
适用场合
匹配光栅法
利用一个传感光栅参数一样的匹配光栅来
滤波长
优点:结构简单。分辨率较高缺点:自由谱范围窄,对匹配
光栅要求高。
静态测量或者低速测量
边缘滤波器法
将波长变化转化为光强变化
优点:成本较低,有较好的线性输出。
缺点:分辨率不是很高。
实验室
非平衡MZ干涉法
将波长变化转化为相位变化
分辨率高但是灵敏度和测量范围不容易调整,不稳定且不
能复用
动态变量测量
可调谐FP腔法
利用FP腔的可调谐滤体积小、灵敏度高、光能利用
波作用
高、解调比较方便
工程应用
从表1可以看出,边缘滤波法适用于实验室环境使用,匹配光栅法自由谱范围比较窄,不适合多通道的光纤光栅解调。基于可调谐FP滤波器的解调原理可实现多通道同时解调,且在工程实际应用中最多,本方案中的解调原理采用基r