多通道光纖布喇格光柵傳感器同步解調(diào)系統(tǒng)

摘要：為了實現(xiàn)對整個艦艇結(jié)構(gòu)狀態(tài)長期實時的監(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，并最終完成了對系統(tǒng)的功能驗證。經(jīng)驗證，系統(tǒng)實現(xiàn)了多通道同步實時校準(zhǔn)的波長解調(diào)功能，掃描頻率可達4 kHz，能夠快速響應(yīng)監(jiān)控狀態(tài)，可直接進行工程應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)監(jiān)控；光纖布喇格光柵；尋峰；實時校準(zhǔn)；波長解調(diào)

在軍事領(lǐng)域，為了防止災(zāi)害事故的發(fā)生，對艦船、潛艇等這些重要軍事裝備必須要有結(jié)構(gòu)完整性要求。對使用中的艦船、潛艇進行連續(xù)、實時的監(jiān)測，有效地監(jiān)測和預(yù)測艦船、潛艇結(jié)構(gòu)的損傷累積過程，評定和預(yù)測艦船、潛艇結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，以及時地對結(jié)構(gòu)進行維修加固，保證其結(jié)構(gòu)沒有明顯的損傷存在，使艦船和潛艇安全可靠。
傳統(tǒng)的點式電測電傳方式易受強電磁干擾信號不易遠(yuǎn)距離傳輸，這些檢測手段難以全面反映艦艇結(jié)構(gòu)的工作狀況，不能完成對整個結(jié)構(gòu)狀態(tài)長期的實時監(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、易于組建傳感網(wǎng)絡(luò)并且能夠?qū)崿F(xiàn)傳感信息波長編碼等許多獨特優(yōu)點，為艦艇結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供了新的途徑。
鑒于此，為了實現(xiàn)對整個艦艇結(jié)構(gòu)狀態(tài)長期實時的監(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
多通道FBG傳感器同步解調(diào)系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。系統(tǒng)由光路部分和信號處理部分組成，光路部分采用基于可調(diào)諧F-P濾波器的實時校準(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)具模塊和光電探測器等組成，以實現(xiàn)將外界溫度和應(yīng)變等調(diào)制信息轉(zhuǎn)換成電信號；信號處理部分用FPGA+DSP架構(gòu)協(xié)同處理，控制光開關(guān)陣列進行傳感光路選擇和D／A輸出三角波或鋸齒波驅(qū)動可調(diào)諧F-P濾波器，從而實現(xiàn)對光路的協(xié)同操作。然后啟動六路ADC，前五路采集光電探測器轉(zhuǎn)換的信號，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，觸發(fā)對其他五路數(shù)據(jù)的并行尋峰操作，通過查表將標(biāo)準(zhǔn)具透射信號的各峰值對應(yīng)的波長值確定，再將被測FBG傳感器反射信號的峰值位置和標(biāo)準(zhǔn)具的峰值陣列位置聯(lián)系起來，通過線性插值運算，能夠解調(diào)出FBG傳感器的中心波長，最后通過高速網(wǎng)口將波長數(shù)據(jù)傳送到上位機，從而實現(xiàn)全天候、實時監(jiān)控的功能要求。