【正文】 燃煙 、 夜間舉火 ， 利用火光來傳送軍事情報 。 后來 ， 人們又創(chuàng)造出使用 旗語等傳遞信息的方法 ， 這些都是非常原始的光通信方式 ， 主要運用了可見光的視覺通信功能 ， 還 稱 不 上完全意義上的光通信 。 20 世紀(jì) 以 后 ， 人們對通信的 依賴 變得越來越 緊密 ， 光通信 技術(shù)進(jìn)入了 突飛猛進(jìn)的發(fā)展 階段 。 我們今天 描述 的光通信已不再是 過去 可見光進(jìn)行的視覺通信 ， 而是采用光波作為載波來傳遞信息的通信方式 。 1955 年， Kapany 博士在英國倫敦工作期間，在實驗室用玻璃絲研制出了光導(dǎo)纖維，簡稱為光纖。它是一種介質(zhì)波導(dǎo)，工作波段是光波波段。每根光纖由兩種玻璃材質(zhì)制成，其中這兩種玻璃對光的折射率不同，導(dǎo)致他們的光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生差異，這樣，當(dāng)光纖以一定傾斜角射入光纖一端，就不會從纖維壁射出，而是順著這兩層玻璃分界面進(jìn)行連續(xù)反射向前傳播。根據(jù)全反射 原理，如此，光纖就能把電磁能量以光的形式約束在其界面內(nèi)，并沿著光纖軸線方向引導(dǎo)光波向前傳播。 低損耗的光纖產(chǎn)生于 20世紀(jì) 70年代，至此，光纖實用化進(jìn)程向前邁了一大步，在通信領(lǐng)域中，光纖在長距離信息傳輸中受到廣泛運用。光纖作為一種光波傳輸煤質(zhì)，在傳輸過程中，高光波的一些特征參量（相位 、振幅 、波長 、偏振態(tài)等）會隨外界環(huán)境（如壓力 、溫度 、電場 、磁場 、轉(zhuǎn)動 、位移等）的改變直接或間接的受到影響而變化，這樣，通過這些變化就可以來檢測相關(guān)物理量。光纖傳感技術(shù)是一種新型的傳感技術(shù)，特點是用光纖替代傳統(tǒng)媒介來 對信息進(jìn)行感知和傳輸，激光技術(shù) 、纖維光學(xué) 、信號與圖像處理技術(shù) 、非線性光學(xué) 、通信技術(shù) 、微電子技術(shù) 、計算機技術(shù) 、精密機械與儀器技術(shù)等多個學(xué)科和領(lǐng)域都有所涉及。 光纖傳感器 按照 被調(diào)制的光波參數(shù)不同 可以 分為相位調(diào)制型光纖傳感器 、 強度調(diào)制型光纖傳感器 、 波長調(diào)制型光纖傳感器 、 偏振調(diào)制型光纖傳感器 和 頻率調(diào)制型光纖傳感器等。 與傳統(tǒng)傳感器相比 ， 光纖傳感器具有以下 特性 ： 1. 靈敏度高 ， 響應(yīng)速度快； 2. 傳輸損耗小 ， 可實現(xiàn)長距離遙測； 3. 體積小 ， 重量輕 ， 外型設(shè)計靈活； 4. 抗電磁干擾 ， 耐腐蝕 ， 電絕緣 ， 本質(zhì) 安全； 5. 對被測介質(zhì)影響小 ， 尤其適用于醫(yī)藥生物領(lǐng)域； 6. 傳輸容量大 ， 可實現(xiàn)分布式測量 ， 形成 網(wǎng)絡(luò)化； 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 2 7. 測量范圍廣 ， 可實現(xiàn)溫度 、 應(yīng)變 、 磁場 、 電流 、 加速度等參量的測量。 正是由于光纖傳感器 具備 上述優(yōu)勢 ， 自 上 世紀(jì) 70 年代以來，經(jīng)過 將 近 30的研究開發(fā) ，光纖傳感技術(shù) 開始 從實驗室研究走向?qū)嵱没? ， 新型光纖傳感儀器 不斷 投入實際應(yīng)用 ， 并形成了產(chǎn)業(yè) ， 其社會經(jīng)濟(jì)效益與日俱增 。 光纖傳感器的發(fā)展與應(yīng)用 光纖光柵是 利 用光纖的光敏 特 性在光纖 內(nèi)部 建立的一種周期性折射率 空間 分布的光 器件 ， 其作用在于 控制或改變 光 在該區(qū)域的傳播行為 和 方式 [1] 。 光纖光柵 作為 一種新型的光無源器件 ， 促成了光纖由被動的傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)化為主動的光子器件 ， 拓寬了光纖技術(shù)應(yīng)用范圍 ， 開創(chuàng)了一種在光通信 、 光傳感領(lǐng)域發(fā)展的新思路 。 因此 ， 光纖傳感技術(shù) 將成為 光電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點 ， 并得到迅速的發(fā)展 。 光纖傳感技術(shù)是隨著光纖通信和光導(dǎo)纖維技術(shù)的發(fā)展而形成的新型技術(shù)，但 在實現(xiàn)光纖光柵傳感系統(tǒng)實用化的進(jìn)程中解調(diào)是關(guān)鍵 [2]， 目前光纖光柵傳感系統(tǒng)的信號解調(diào)裝置仍是光譜分析儀，它具有較高的精度和靈敏度，但它價格昂貴，體積較大，使用條件苛刻，不適 合工程現(xiàn)場使用。迄今為止，人們己提出了不少光纖光柵復(fù)用信號解調(diào)方法，例如：非平衡 MZ干涉儀法 [3]，匹配 FBG 可調(diào)濾波檢測法 [45]，可調(diào)窄帶光源檢測法 [6]，可調(diào)法布里 ? 珀羅濾波器解調(diào)法等等 [7]。 1992年 , 等人提出的非平衡 MZ光纖干涉解調(diào)法是利用非平衡 MZ光纖干涉儀將傳感光柵的波長變化轉(zhuǎn)化成相位變化 , 通過檢測干涉儀輸出的相位信號即可得到傳感光柵的波長信息 。 1994年， Serge ，消除了光源波動的影響，體積小巧適用于靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)信號的側(cè)臉 [8]。 1996年浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)系對干涉型光纖傳感器用相位載波檢測方式檢測到了較為穩(wěn)定的模擬傳感信號 [9]。 1999年南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究曾采用波長掃描極值解調(diào)法實現(xiàn)光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感的測量 [10]。 2021年北京理工大學(xué)光電工程系用軟件來模擬實現(xiàn)信號的解調(diào)，不僅省去了繁雜的模擬運算電路，而且達(dá)到了極高的解調(diào)精度 [11]。 2021年天津大學(xué)精密測試技術(shù)實驗室提出 基于直流相位跟蹤零差法的非平衡 M— Z干涉 解調(diào)系統(tǒng) ， 對壓電陶瓷產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行檢測，取得了很好的實驗效果 ，表明 適 用 于精密測試中動態(tài)信號的檢測 [12]。 目前，國外光纖溫度傳感器可探測至 2021℃高溫，靈敏度達(dá)177。 l℃。普通型光纖溫度傳感器在 10～ 300℃范圍，精度為177。 1～177。 3℃，響應(yīng)時間為 2s。國內(nèi)的傳感技術(shù)與之相比還存在一定差距，尤其在光纖傳感器的共性基礎(chǔ)技術(shù)、中間試驗技術(shù)、生產(chǎn)裝備技術(shù)方面，不過在精度測量方面具有一定的優(yōu)勢。 從上世紀(jì) 70 年代末光纖光柵傳感器誕生以來 ， 便由于其具有的防爆 、 防火 、 損耗低 、 精度高 、 重量輕 、 體積小 、 壽命 長 、 復(fù)用性好 、 性價比高 、 抗電磁干擾 、 響應(yīng)速度快 、 動態(tài)范圍大 、 頻帶范圍寬 、 易組成遙測網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)勢而被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域 [13]。 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 3 在土木工程方面 ， 美國 Winooski 河 ， 通過 八個光纖光柵傳感器對橋體結(jié)構(gòu) 進(jìn)行 健康檢測 ，取得良好監(jiān)測效果 。 北京地鐵穿越施工中 ， 利用 光纖光柵靜力水準(zhǔn)傳感器 ， 對施工實時監(jiān)測 ，保證了施工質(zhì)量 。 在航天航空方面 ， 美國宇航局 通過 光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)對航天飛機 飛行狀態(tài) 進(jìn)行健康檢測 。在石油化工方面 ， 中國石油大學(xué) 通過建立 光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò) ， 實現(xiàn) 對井下油氣采集環(huán)境 的實時監(jiān)測 。 美國 CiDRA 公司 通過 光纖光柵傳感器 對 溫度 、 壓力及流量等參量 進(jìn)行監(jiān)測 ， 并將其應(yīng)用于海洋石油平臺結(jié)構(gòu)監(jiān)測 。 在生物醫(yī)學(xué)方面 ， 南洋理工大學(xué) 的 生物工程研究中心研制 成 的壓力傳感器被新加坡 中心 醫(yī)院用于外科校正 ， 用 來幫助醫(yī)生監(jiān)測 病 患者的健康狀況 。 在電力方面 ， 電力設(shè)備 周圍 的電磁環(huán)境 相當(dāng)復(fù)雜 中 ， 光纖光柵傳感器 具有 抗電磁干擾特性 ，使其 廣泛應(yīng)用其中 。 德國 西門子公司 通過 對光纖光柵傳感器進(jìn)行特殊處理 ， 可 用于對發(fā)電機定子電流 、 溫度進(jìn)行測量 。 在核工業(yè) 方面 ， 在高輻射環(huán)境中 ， 傳統(tǒng)電傳感器無法 正常 使用 ， 核輻射對人類 又 具有極大的威 害 ， 因此對核工業(yè)的安全監(jiān)測是 非常必須的 。 利用光纖光柵傳感器 的 抗輻射性能 ， 可 以 對核工業(yè)周圍 的 環(huán)境進(jìn)行必要的監(jiān)測。 從光纖光柵傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀以及文獻(xiàn)報道情況來看 ， 它具有廣闊的發(fā)展前景 ， 其進(jìn)一步的研究方向是 ： (1)解決光纖光柵傳感器的實用化問題 ， 主要是長時間的漂移問題 。 (2)開展對采用復(fù)用技術(shù)的光纖光柵傳感器系統(tǒng)的研究 ， 特別是將其與微機相結(jié)合而組成光纖遙測系統(tǒng)來進(jìn)行多參數(shù)測量與控制 。 (3)開展對基礎(chǔ)技術(shù)及元器件的深入研究 。 光纖光柵傳感器的性能與其穩(wěn)定性和可 靠性密切相關(guān) ， 隨著基礎(chǔ)技術(shù)的成熟 、 元器件性能的更加完善 ， 光纖光柵傳感器將得到更廣泛的應(yīng)用。 數(shù)據(jù)處理的簡要介紹 數(shù)據(jù)處理 指 對數(shù)據(jù)的采集 、 存儲 、 加工 、 變換 、 檢索和傳輸 。 數(shù)據(jù)是對事實 、 概念或指令的一種表 現(xiàn) 形式 ， 可由人工或 者 自動化裝置進(jìn)行處理 。 數(shù)據(jù)的形式可以是文字 、 數(shù)字 、 聲音或圖形等 。 數(shù)據(jù)經(jīng)過 闡釋 并賦予一定的意義后 ， 便成為信息 。 數(shù)據(jù)處理的基本 作用 是從大量的 、難以理解的 、 雜亂無章的數(shù)據(jù)中 提取 并推導(dǎo)出對某些特定的人 群 來說有價值 、 有意義的數(shù)據(jù) 。數(shù)據(jù)處理是自動控制和系統(tǒng)工程 的基本環(huán)節(jié) ， 貫穿于社會生活和社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域 。 數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用的深度和廣度 ， 推動著 人類社會 穩(wěn)步向前發(fā)展 。 描述處理設(shè)備要包括工作方式、結(jié)果方式和數(shù)據(jù)時間 /空間分布方式，因此，不用的數(shù)據(jù)處理方式對應(yīng)著不同的硬件和軟件。根據(jù)應(yīng)用問題的現(xiàn)實情況，再結(jié)合不同處理方式的各自特點來選擇最佳處理方式。數(shù)據(jù)處理的方式主要有四種：（ 1）根據(jù)處理設(shè)備的結(jié)果方式不同可以分為聯(lián)機處理和脫機處理；（ 2）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的時間分配方式不同可以分為實時處理、分時處理和批處理方式；（ 3）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的空間分配方式不同可以分為分 布處理和集中處天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 4 理；（ 4）根據(jù)計算機中央處理器的工作方式不同可以分為交互式處理、單道作業(yè)處理和多道作業(yè)處理。 數(shù)據(jù)處理脫離不了軟件的支持 ， 數(shù)據(jù)處理軟件包括： 程序設(shè)計語言及其編譯程序 ， 管理數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ， 以及各種數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用軟件包 。 為了確保數(shù)據(jù)安全可靠 ，還配備數(shù)據(jù)安全保密的技術(shù)。 數(shù)據(jù)處理軟件有： EXCEL 、 Origin 、 MATLAB、 LabVIEW 等等 ， 當(dāng)前盛行的數(shù)據(jù)分析和圖形可視化軟件有 LabVIEW 、 Matlab 、 Mathmatica 和 Maple 等 。 這些軟件功能豐 富 ， 可滿足科技工作中的眾多需要 ， 但使用這些軟件需要具備一定的矩陣知識和計算機編程知識 ， 并熟悉其中大量的命令和函數(shù)。 Excel 可以 提供強大的數(shù)據(jù)分析處理功能 ， 利用它們可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的排序 、 分類匯總 、篩選及數(shù)據(jù)透視等操作 。 Origin 是美國 Microcal 公司開發(fā)的數(shù)據(jù)分析和繪圖軟件 ， 它可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行排序 、 平滑 、 微分 、 積分以及線性和非線性擬合 ， 此外 ， 還可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制各種二維 、 三維坐標(biāo)圖形 [14]。 Matlab 具有強大的科學(xué)計算 、 數(shù)據(jù)處理 、 圖像處理功能 ， 可以完成諸多數(shù)值計 算 、 頻譜分析等操作，還可以快速準(zhǔn)確 、 形象直觀地得到可視化的模擬與仿真圖像[15]。 LabVIEW 是基于 G語言的革命性的圖形化開發(fā)語言 ， 用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制 、 數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá) 。 它的目標(biāo)是簡化程序的開發(fā)工作 ， 實現(xiàn)硬件和軟件資源的共享 ， 以利于快速簡便地完成工作 ， 適應(yīng)工業(yè)自動化的迅速發(fā)展 。 它 率先引入虛擬儀表概念 ， 用戶可通過人機界面直接控制自行開發(fā)儀器 ， 可以實現(xiàn) ：信號分析 、 信號截取 、 數(shù)值運算 、 機器視覺 、 數(shù)據(jù)存儲 、 聲音震動分析 、 邏輯運算等 諸多功能 [16]。 隨著計算機的日益普及 ， 在計算機應(yīng)用領(lǐng)域中 ， 數(shù)值計算所占比重很小 ， 通過計算機數(shù)據(jù)處理對信息進(jìn)行管理已成為主要的應(yīng)用 ， 如倉庫管理 、 測繪制圖管理 、 交通運輸管理 、 財會管理 、 辦公室自動化 、 技術(shù)情報管理等。 論文的主要內(nèi)容 光纖光柵傳感器 由于 具有可靠性好 、 抗電磁干擾 、 靈活方便 、 復(fù)用性強 、 能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)分布式測量 、 形成各傳感網(wǎng)絡(luò)等獨特優(yōu)點 ， 而廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域 。 在實現(xiàn)光纖光柵傳感系統(tǒng)實用化的進(jìn)程中解調(diào)是關(guān)鍵 ， MZ干涉解調(diào)法利用光波的相干性 ， 將信息編碼轉(zhuǎn)換成相位編碼 ， 具有很高的精度和分辨率 ， 可同 時檢測靜態(tài)信號和低頻動態(tài)信號。 利用 LabVIEW 數(shù)據(jù)處理軟件對采集信號進(jìn)行解調(diào) ， 有效的降低了噪聲的引入 ， 提高了檢測精度 。 LabVIEW 具有圖形化編程以及多功能的編程語言等特點 ， 便于與其他測量硬件之間的連接 ， 并可對硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制 ， 還可對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 、 處理和顯示 ,適合于應(yīng)用程序的開發(fā)。 天津理工大學(xué) 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 5 本論文的主要內(nèi)容為： 第一章 簡要概述 光纖 光柵 傳感器的發(fā)展 和 應(yīng)用 ， 以及數(shù)據(jù)處理的相關(guān)知識 ， 為以后的理論和實驗研究提供了前提。 第二章 系統(tǒng)的闡述了光纖光柵傳感器系統(tǒng) 理論 ， 并進(jìn)行了以下分析 ， 包括： 、傳感特性。 、技術(shù)方法。 第三章 光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與研究 ， 主要包括： ，光路部分與電路部分的搭建。 。 LabVIEW 環(huán)境下通過模塊化編程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、自動處理（傅里葉變換和數(shù)據(jù)擬合），并設(shè)計出控制界面 。 。 第四章 對文章進(jìn)行總結(jié)，并對 其應(yīng)用前景 進(jìn)行了展望 。 天津理工大學(xué) 2021屆本