串聯光纖光柵測量系統(tǒng)串擾分析與復用能力提高的研究.pdf

1、隨著光纖光柵技術的發(fā)展，抗電磁干擾、體積小、質量輕、可實現分布式測量的光纖光柵傳感器日益受到重視，己從實驗室研究走向大規(guī)模的實際應用階段。目前，工程檢測領域尤其是大型結構健康監(jiān)測中大容量、低成本、高性能光纖光柵測量系統(tǒng)的需求，使得提高光纖光柵測量系統(tǒng)的復用能力成為了一項重要的研究內容。
　　本文以提高波分復用(WDM, Wavelength Division Multiplexing)串聯光纖光柵測量系統(tǒng)的復用能力為目的，通過研究

2、限制復用能力的串擾相關問題，建立了串聯光纖光柵系統(tǒng)中承載傳感信息的總反射光譜和總透射光譜的數學模型，獲取了總反射率譜和總透射率譜的解析表達式和數值求解方法，在此基礎上得到防護頻帶確定方法和最小方差法以提高復用能力，同時引入蒙特卡羅法以分析串擾誤差。
　　串擾是限制串聯光纖光柵系統(tǒng)復用能力的主要因素，為實現分析串聯光纖光柵系統(tǒng)中串擾的影響，在分析串擾形成機理的基礎之上，通過窮舉任意階廣義多次反射的傳播光路，推導出兩個串聯光纖光柵的總

3、反射率譜解析表達式，以及三個串聯光纖光柵的總反射率譜近似解表達式，為分析研究存在串擾的光纖光柵系統(tǒng)提供了基礎。同時，為了提高常規(guī) WDM串聯光纖光柵測量系統(tǒng)的復用能力，更緊湊地布置光纖光柵，建立了防護頻帶寬度確定方法。
　　為進一步提高串聯光纖光柵測量系統(tǒng)的復用能力，將最小方差法應用于分離串聯光纖光柵的光譜重疊信息?；谧钚》讲罘ǖ挠小o防護頻帶測量系統(tǒng)模型允許多個串聯光纖光柵共用同一信道，因此其復用能力與常規(guī) WDM系統(tǒng)相比得到

4、很大提高。以兩個串聯光纖光柵共用同一信道為例，分析了最小方差法的檢測誤差，研究了誤差的產生原因和影響因素，并通過實驗驗證了最小方差法的可行性。
　　采用傳統(tǒng)的地毯式搜索算法搜索極值時速度慢是最小方差法研究中一個需要解決的問題，為了提高搜索速度，使之能與常規(guī)光譜測量儀器的解調速度相匹配，分別將遺傳算法、ICS算法和禁忌搜索算法用于最小方差法的搜索速度研究。通過分析各算法的影響因素，研究了三種算法的性能和搜索效果，并基于仿真實驗分別比

5、較了三種算法與傳統(tǒng)地毯式搜索的性能差異，得到禁忌搜索算法是可與常規(guī)光譜測量儀器解調速度相匹配的一種搜索算法。
　　為實現串聯光纖光柵系統(tǒng)中考慮所有串擾效應的串擾誤差分析，將蒙特卡羅法引入到串聯光纖光柵系統(tǒng)的光譜研究中。蒙特卡羅法可考慮任意階多次反射效應，在光纖光柵數量為任意值時，計算得到系統(tǒng)總反射率譜等數值解，為評價串擾誤差提供了一種計算方法。以兩個串聯光纖光柵的總反射率譜計算為例，通過對比蒙特卡羅法的數值解與解析解，證明了方法的

6、可靠性與準確性。通過比較光纖光柵數量不同的系統(tǒng)總反射率計算標準差，證明了蒙特卡羅法數值解的計算精確度不受光纖光柵數量影響。運用蒙特卡羅法的模擬光譜數據，針對三個串聯光纖光柵共用同一信道的情況，分析了最小方差法的串擾誤差。
　　本文通過研究串聯光纖光柵系統(tǒng)中的串擾效應，建立了防護頻帶寬度確定方法和最小方差法用以提升串聯光纖光柵測量系統(tǒng)的復用能力，利用禁忌搜索算法來提高搜索速度，基于蒙特卡羅法評價串擾誤差的大小，具有很大的工程實際應用