多通道光纖布喇格光柵傳感器同步解調(diào)系統(tǒng)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)艦艇結(jié)構(gòu)狀態(tài)長(zhǎng)期實(shí)時(shí)的監(jiān)控，構(gòu)建了基于光纖布喇格光柵傳感器的監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體硬件電路，給出了系統(tǒng)軟件工作流程和尋峰算法流程，并最終完成了對(duì)系統(tǒng)的功能驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多通道同步實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的波長(zhǎng)解調(diào)功能，掃描頻率可達(dá)4 kHz，能夠快速響應(yīng)監(jiān)控狀態(tài)，可直接進(jìn)行工程應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)監(jiān)控；光纖布喇格光柵；尋峰；實(shí)時(shí)校準(zhǔn)；波長(zhǎng)解調(diào)

在軍事領(lǐng)域，為了防止災(zāi)害事故的發(fā)生，對(duì)艦船、潛艇等這些重要軍事裝備必須要有結(jié)構(gòu)完整性要求。對(duì)使用中的艦船、潛艇進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，有效地監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)艦船、潛艇結(jié)構(gòu)的損傷累積過(guò)程，評(píng)定和預(yù)測(cè)艦船、潛艇結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，以及時(shí)地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修加固，保證其結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯的損傷存在，使艦船和潛艇安全可靠。
傳統(tǒng)的點(diǎn)式電測(cè)電傳方式易受強(qiáng)電磁干擾信號(hào)不易遠(yuǎn)距離傳輸，這些檢測(cè)手段難以全面反映艦艇結(jié)構(gòu)的工作狀況，不能完成對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)監(jiān)控。而光纖布喇格光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)傳感器作為一種新型的光纖傳感器，體積小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易于組建傳感網(wǎng)絡(luò)并且能夠?qū)崿F(xiàn)傳感信息波長(zhǎng)編碼等許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，為艦艇結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供了新的途徑。
鑒于此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)艦艇結(jié)構(gòu)狀態(tài)長(zhǎng)期實(shí)時(shí)的監(jiān)控，筆者構(gòu)建了多通道光纖布喇格光柵傳感器同步解調(diào)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
多通道FBG傳感器同步解調(diào)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)由光路部分和信號(hào)處理部分組成，光路部分采用基于可調(diào)諧F-P濾波器的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方案，主要由寬帶光源、可調(diào)諧F-P濾波器、3db光纖耦合器、光開(kāi)關(guān)陣列(1×16)、FBG傳感陣列、帶標(biāo)記熱穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)具模塊和光電探測(cè)器等組成，以實(shí)現(xiàn)將外界溫度和應(yīng)變等調(diào)制信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)處理部分用FPGA+DSP架構(gòu)協(xié)同處理，控制光開(kāi)關(guān)陣列進(jìn)行傳感光路選擇和D／A輸出三角波或鋸齒波驅(qū)動(dòng)可調(diào)諧F-P濾波器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光路的協(xié)同操作。然后啟動(dòng)六路ADC，前五路采集光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換的信號(hào)，最后一路采集調(diào)理后的三角波或鋸齒波作為觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)對(duì)其他五路數(shù)據(jù)的并行尋峰操作，通過(guò)查表將標(biāo)準(zhǔn)具透射信號(hào)的各峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)值確定，再將被測(cè)FBG傳感器反射信號(hào)的峰值位置和標(biāo)準(zhǔn)具的峰值陣列位置聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)線性插值運(yùn)算，能夠解調(diào)出FBG傳感器的中心波長(zhǎng)，最后通過(guò)高速網(wǎng)口將波長(zhǎng)數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)全天候、實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能要求。