多通道光纖布喇格光柵傳感器同步解調系統設計方案

在軍事領域，為了防止災害事故的發生，對艦船、潛艇等這些重要軍事裝備必須要有結構完整性要求。對使用中的艦船、潛艇進行連續、實時的監測，有效地監測和預測艦船、潛艇結構的損傷累積過程，評定和預測艦船、潛艇結構的安全性和可靠性，以及時地對結構進行維修加固，保證其結構沒有明顯的損傷存在，使艦船和潛艇安全可靠。

傳統的點式電測電傳方式易受強電磁干擾信號不易遠距離傳輸，這些檢測手段難以全面反映艦艇結構的工作狀況，不能完成對整個結構狀態長期的實時監控。而光纖布喇格光柵(Fiber Bragg Grating，FBG)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、易于組建傳感網絡并且能夠實現傳感信息波長編碼等許多獨特優點，為艦艇結構健康監測提供了新的途徑。

鑒于此，為了實現對整個艦艇結構狀態長期實時的監控，筆者構建了多通道光纖布喇格光柵傳感器同步解調系統。

1 系統總體設計

多通道FBG傳感器同步解調系統總體設計如圖1所示。系統由光路部分和信號處理部分組成，光路部分采用基于可調諧F-P濾波器的實時校準方案，主要由寬帶光源、可調諧F-P濾波器、3db光纖耦合器、光開關陣列(1×16)、FBG傳感陣列、帶標記熱穩定性標準具模塊和光電探測器等組成，以實現將外界溫度和應變等調制信息轉換成電信號;信號處理部分用FPGA+DSP架構協同處理，控制光開關陣列進行傳感光路選擇和D/A輸出三角波或鋸齒波驅動可調諧F-P濾波器，從而實現對光路的協同操作。然后啟動六路ADC，前五路采集光電探測器轉換的信號，最后一路采集調理后的三角波或鋸齒波作為觸發信號，觸發對其他五路數據的并行尋峰操作，通過查表將標準具透射信號的各峰值對應的波長值確定，再將被測FBG傳感器反射信號的峰值位置和標準具的峰值陣列位置聯系起來，通過線性插值運算，能夠解調出FBG傳感器的中心波長，最后通過高速網口將波長數據傳送到上位機，從而實現全天候、實時監控的功能要求。