基于光纤光栅的振动检测系统设计

作者/魏晨，吉林大学珠海学院

基于光纤光栅的振动检测系统设计

作者/魏晨，吉林大学珠海学院

本文以光纤布拉格光栅为传感器件，采用长周期光纤光栅线性边缘滤波动态解调法，以LabVIEW为软件开发平台，实现了等强度悬臂梁的低频率微小振动测量。实验表明，在振动频率小于1kHz，振幅在12～28mm范围内，测量具有较好的准确度和重复性。

振动；光纤光栅；动态解调；LabVIEW

引言

光纤光栅传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、体积小、质量轻、易于实现分布式传感的优点，广泛应用于应变、温度、压力、振动等物理量的测量。光纤光栅是波长调制型传感器，中心波长解调是关键技术，常见的解调方法有光谱分析法、可调谐光源检测法、非平衡迈克尔逊干涉仪解调法[1]等。本文采用长周期光纤光栅线性边缘滤波解调法，实现振幅和频率参数的测量。

1. 光纤光栅的传感特性

光纤光栅是纤芯折射率周期性变化的光纤器件。当宽带光源入射到光纤布拉格光栅（FBG）上时，会反射回一个窄带光波，其中心波长称为布拉格波长，记为λB，满足下式[2]：

其中nef为纤芯模的有效折射率，Λ为光栅周期。应变和温度是引起nef和Λ变化的最直接的因素，进而使布拉格波长产生偏移，通过测量偏移量可以间接测得外界物理量。基于光纤光栅传感器的传感过程是通过外界参量对光纤光栅中心波长的调制来获得传感信息，实质上是一种波长调制型光纤传感器。

2. 长周期光纤光栅的线性边缘滤波解调法

长周期光纤光栅（LPG）透射光的中心波长记为λL，满足下式：