【正文】 ..................... 21 軟件性能測試 ................................................................................................ 21 光通道切換性能測試 ........................................................................... 21 第 3 頁 軟件運行性能測試 .............................................................................. 21 八、總結 .......................................................................................... 21 參考書籍 .......................................................................................... 22 致謝 .................................................................................................. 22 第 4 頁 摘要： 光纖光柵傳感器以其獨到的電磁絕緣性，在電力、化工、采礦等行業(yè)中的應用日益增多。光纖光柵傳感器的核心在于其光柵中心波長解調技術。光纖光柵在功能上可以看做是一個窄帶濾波器，具有波長選擇的功能，光敏性是物質的材料屬性，是指在外部光的照 射下，物質的物理或化學性質產(chǎn)生暫時的或永久的改變。光纖光柵利用光敏性可制成許多具有獨特功能的光纖無源器件，此外光纖本身就具有電絕緣性，傳輸信號損耗低、質量小等優(yōu)點，因此在光纖通信和傳感等領域光纖光柵都具有著廣泛的發(fā)展前景。光纖光柵可以用作傳感元件，具有其他傳感器無法比擬的優(yōu)點。利用 Labview 開發(fā)開發(fā)了系列波長解調模塊的光纖方式傳感系統(tǒng)。該軟件實現(xiàn)了光纖光柵傳感信號的多通道實時采集和分析處理并可以用于實際工程應用。該系統(tǒng)具有測量精度高、操作簡便、功能全面的特點。 關鍵詞： 光纖光柵 Labview 傳感系統(tǒng) 上位機 一、課題背景 國內外研究現(xiàn)狀 光纖傳感器的應用范圍很廣，尤其適合在惡劣環(huán)境下使用，具有很大的市場需求。主要以下幾個方面：民用工程結構、航空航天業(yè)、船舶航運業(yè)、醫(yī)學及生物傳感器等。 （ 1） 民用工程結構 測量力學參量對橋梁、隧道、礦井、大壩、建筑物的使用狀況和維護都是至關重要的。通過對上面所敘述的民用工程結構應變分布的測量，可以預知其局部健康狀況和載荷狀態(tài)。 （ 2） 航空航天業(yè) 這是這一個大量使用傳感器的地方，為了監(jiān)測一架飛機的壓力，溫度，振動、等重要部位要用上百個傳感器。光纖光柵傳 感器具有的特性很適合作為飛行器的傳感器。 （ 3） 船舶航運業(yè) 隨著船載控制系統(tǒng)的復雜性不斷增加，船體要求又愈來愈多精巧的傳感器，光纖光柵傳感器能夠為現(xiàn)代船舶的操作提供瞬態(tài)的和各方面的傳感信息。 （ 4） 醫(yī)學及生物傳感器 傳統(tǒng)的熱電偶、熱敏電阻溫度計和電子傳感器在許多醫(yī)學應用中士不適用的，會導致錯誤的輸出。光纖光柵傳感器以最小限度傷害人體組織功能方式，進行內部測量，并得出精確的有關溫度、壓力和聲波場的局部信息。 國外研究現(xiàn)狀 加拿大渥太華通信研究中心于 1978 年首次在摻鍺石英光纖中發(fā)現(xiàn)光纖光敏效應，并用駐波 寫入法制作了世界上第一根光纖光柵。美國聯(lián)合技術研究中心 1989 年實現(xiàn)了用紫外光在光纖側面直接寫入布拉格光柵，這一技術的實現(xiàn)使光纖光柵技術逐步走向成熟和商業(yè)化。 自 1989 年第一次用光纖光柵做傳感器，這使得光纖光柵在傳感領域的使用受到了人們廣泛關注，并且取得了快速的發(fā)展。美國、英國、加拿大、日本等國，利用巨大資金投入，處于光纖光柵傳感器的領先地位，在國外，光纖光柵傳感技術已經(jīng)在橋梁鐵路等工程中獲得應用。 第 5 頁 國內研究現(xiàn)狀 相較于國外，國內關于光纖光柵傳感器的研究工作開展的較晚。我國在 90 年代才開始光 纖光柵技術的應用研究，主要集中在理論分析和誤差計算方面。當前，國內已有許多大學和研究所都在光纖傳感器領域進行研究。他們在光纖溫度傳感器，壓力計等相關領域進行了一系列的理論和實驗研究，取得了很多項科研成果，其中有些科研成果具有很高的實用價值，在實際工程中也得到了初步應用。 二、課題要求 設計內容 1. 分析了光纖光柵傳感器的基本原理。 2. Labview 環(huán)境下，獨立開發(fā)基于 FPGA 模塊的上位機系統(tǒng)。 報告要求 1． 封面 ： 3.⑴ 系統(tǒng)總體方案 ⑵ 設計思路和主要步驟 ⑶ 各 功能模塊和流程圖 ⑷ 設計代碼 ⑸ 心得體會和參考資料 三、光纖布拉格光柵傳感器原理及分類 光纖光柵的分類 1. 光纖布拉格光柵 即均勻短周期分布光柵，其特點是折射率呈周期性分布，可以將特定波長的光反射，是發(fā)現(xiàn)最早，也是目前應用最廣泛的一種。其主要應用在光纖激光器、光纖傳感器，光通信中的波分復用等領域。 2. 啁啾光纖光柵 主要是通過改變光柵的周期、平均折射率或光柵的長度獲得。啁啾光纖光柵被廣泛應用于 EDFA 增益平坦，也可用于傳感領域。 3. 相移光纖光柵 主要是在制作過程中引入光柵相移得到， 可以看做是兩個光柵的不連續(xù)連接。其具有高質量的臂長選擇度，被廣泛應用于密集波分中作解復用器。 4. 閃耀光纖光柵 其主要特點是光柵的刻寫平面與光纖軸呈一定的夾角。閃耀光纖光柵因其獨特的分光特性，主要用作摻鉺光纖放大器的增益平坦濾波器等。 第 6 頁 5. 超結構與重疊光纖光柵 主要是在光柵刻寫過程中對寫入紫外光源頻率進行一定的調制，或者在光纖同一位置寫入多個具有不同中心波長的光柵，這兩種光柵在多波長光纖激光器方面有一定的應用價值。 6. 長周期光纖光柵 即光柵周期 1um 的光纖光柵，其與布拉格光柵不同之處在于他是某個特定波長的光耦 合到光纖包層中去，而不是反射回去。其在高靈敏光纖傳感器、寬帶 EDFA的增益平坦等方面有重要的應用價值。 光纖布拉格光柵原理 光纖布拉格光柵是發(fā)展最早，應用最廣的光纖光柵。使光纖纖芯折射率發(fā)生周期性變化就構成了最簡單的均勻光纖布拉格光柵，其結構示意圖如圖所示： (圖 1) 實際上布拉格條件是滿足能量和動量守恒的一種表示形式。能量守恒要求入射光與反射光頻率相同，即： （ 21） 動量守恒則要求入射波矢量與光柵波矢量之和等于散射波矢量，即： （ 22） 光柵波矢量 K 幅度大小等于 2π /Λ ,方向與光柵面的法向一致。散射波矢量與入射波矢量大小相等，方向相反，則式（ 22）變?yōu)? 式中 λ 為光纖光柵中心波長，是光纖光柵反射回來的入射光在自由空間中的中心波長。 第 7 頁 光纖布拉格光柵的傳感原理 光纖布拉格光柵（ FBG）傳感是借助某種裝置將被測參量的變化轉化為作用在光纖光柵上的應變或溫度的改變，從而使光纖布拉格光柵中心波長發(fā)生改變，通過建立并標定光纖光柵的應變或溫度響應與被測參量變化關系，可以由光