长周期光栅边缘滤波的光纤布拉格光栅动态应变检测系统研究

本文主要探讨了一种创新的光纤布拉格光栅（FBG）动态解调系统的设计和实现，该系统利用了长周期光栅（LPFG）的独特边缘滤波特性来监测和解析动态应变。FBG作为一种高灵敏度的传感器，其工作原理是当试件受到周期性负载时，会改变其光栅周期，从而导致光的反射和传输特性发生变化。系统的核心部分是LPFG，其边缘滤波特性使得系统能够在特定波长范围内选择性地接收和放大信号，有效地抑制了噪声干扰。 在设计过程中，首先将FBG集成到应变测量系统中，使其作为感测元件，感受试件的动态应变。FBG产生的微小光强度变化经过LPFG的边缘滤波处理后，转化为电信号，通过光电转换器将其转换为电压信号。这个电压信号随后被数字采集卡捕获，并通过LabVIEW软件进行数据处理和实时分析。计算机通过这些数据获取信号的时域波形图，以便于进一步分析应变随时间的变化情况，同时也能进行频谱分析，揭示出施加于试件的振动载荷的频率特性。 实验结果显示，该系统具有很高的分辨率，能够在3 kHz以下的频率范围内精确测量动态应变，而且波长分辨极限达到了惊人的0.004纳米。这意味着系统对于微小的应变变化具有极高的敏感度，这对于许多精密工程应用，如航空航天、桥梁结构监测、车辆动态测试等领域具有重要的实际价值。 这种光纤布拉格光栅动态解调系统不仅提高了动态应变测量的精度和灵敏度，还简化了数据处理流程，为实时监控和评估结构健康提供了强有力的技术支持。随着微电子技术的进步和对高性能传感器的需求增长，这类研究对于推动光纤传感器技术的发展以及未来智能结构健康监测系统的广泛应用具有重要意义。