空间光纤传感测量技术应用研究
光纤传感技术的应用与改进
光纤传感技术的应用与改进光纤传感技术是一种基于光学原理的传感技术，利用光纤作为传感元件，通过测量光的特性来实现对环境参数和物理量的监测和测量。
近年来，随着科技的不断发展，光纤传感技术已经在许多领域得到了广泛的应用，并呈现出了许多改进的趋势。
一、应用领域1. 温度传感光纤传感技术的一个重要应用领域是温度传感。
由于光纤传感技术具有高灵敏度、长途传输和抗电磁干扰的特点，因此它被广泛应用于温度测量和监控领域。
光纤温度传感器可以实现高精度的温度测量，并且可以在各种恶劣环境条件下长时间工作。
2. 应变监测应变是许多工程领域中需要关注的一个重要参数。
光纤传感技术可以通过测量光纤的长度变化来实现对应变的监测。
相比于传统的传感技术，光纤传感器具有更高的灵敏度和更长的传输距离，能够实时监测结构物体的应变情况，可用于航空航天、地震监测、桥梁结构等领域。
3. 压力测量光纤传感技术在压力测量领域也有广泛的应用。
通过将反射光信号与压力传感的环境参数相比较，可以实现对压力变化的高精度测量。
这种传感技术特别适用于高温、高压、强腐蚀等恶劣环境的压力测量，可应用于石油化工、航空航天等行业。
4. 气体传感光纤传感技术还可以实现对气体参数的监测。
通过利用气体对光的散射或吸收特性，可以将光纤传感器用于气体浓度、组分、压力等参数的测量。
这种传感技术具有高灵敏度、快速响应的特点，被广泛应用于空气质量监测、环境污染检测等领域。
二、技术改进1. 纤光光栅技术纤光光栅技术是一种基于光纤中的光栅结构的传感技术。
它利用特殊设计的光纤结构，在光纤中形成一系列的光栅，通过测量光栅的特征参数来实现对环境参数的测量。
这种技术具有高精度、高灵敏度和高分辨率的特点，并且可以实现多点、多参量的测量。
2. 光纤光谱传感技术光纤光谱传感技术是一种基于光纤中的光谱特征的传感技术。
通过测量光纤中的光谱参数，如光强、波长等，可以实现对环境参数和物理量的高精度测量。
这种技术具有高分辨率、高信噪比和高灵敏度的优点，被广泛应用于环境监测、医疗诊断等领域。
《2024年分布式光纤传感技术在结构应变及开裂监测中的应用研究》范文
《分布式光纤传感技术在结构应变及开裂监测中的应用研究》篇一一、引言随着现代科技的不断进步，分布式光纤传感技术以其独特的优势在众多领域得到了广泛应用。
特别是在结构健康监测领域，分布式光纤传感技术因其高灵敏度、高空间分辨率和长距离监测能力，成为了结构应变及开裂监测的重要手段。
本文将详细探讨分布式光纤传感技术在结构应变及开裂监测中的应用研究。
二、分布式光纤传感技术概述分布式光纤传感技术是一种基于光纤的光学传感技术，通过在光纤中传输的光信号与外界环境相互作用，实现对温度、应变、振动等物理量的测量。
其核心原理是利用光时域反射技术（OTDR）和光频域反射技术（OFDR）等手段，对光纤中的后向散射光信号进行分析，从而获取沿光纤分布的物理量信息。
三、分布式光纤传感技术在结构应变监测中的应用（一）应用原理在结构应变监测中，分布式光纤传感技术通过将光纤埋设或粘贴在结构物表面或内部，利用光纤对结构物的微小形变进行感知和测量。
当结构物发生形变时，光纤中的光信号会随之发生变化，通过分析这些变化，可以推算出结构物的应变情况。
（二）应用案例以大型桥梁结构为例，通过在桥梁关键部位埋设光纤传感器，可以实时监测桥梁的应变分布情况。
一旦发现异常应变，可以及时采取措施，避免桥梁发生结构性损伤或垮塌事故。
四、分布式光纤传感技术在结构开裂监测中的应用（一）应用原理在结构开裂监测中，分布式光纤传感技术可以通过检测光纤中光信号的突然变化来预测和监测结构的开裂。
当结构发生开裂时，由于裂缝的产生和发展，光纤中的光信号会受到影响，这些变化可以被传感器捕捉并分析，从而实现对结构开裂的监测。
（二）应用案例以建筑物结构为例，通过在建筑物的关键部位布设光纤传感器，可以实时监测建筑物的开裂情况。
这对于预防建筑物因开裂而导致的安全事关重大，能够为建筑物的维护和修缮提供有力支持。
五、结论分布式光纤传感技术在结构应变及开裂监测中具有重要的应用价值。
其高灵敏度、高空间分辨率和长距离监测能力使其成为了现代结构健康监测的重要手段。
实验室中的光纤传感技术与应用案例
实验室中的光纤传感技术与应用案例光纤传感技术是一种通过光纤传输信号来检测和测量物理量的高精度技术。
光纤传感器由光纤和传感器两部分组成，其中的光纤作为信号的传输介质，将被测量的物理量转换为光信号进行传输和检测。
在实验室中，光纤传感技术被广泛应用于各种领域，下面就分享几个实验室中的光纤传感技术与应用案例。
1. 光纤温度传感技术在许多科学研究中，温度是一个必须准确测量的重要物理量。
光纤温度传感技术通过在光纤中引入特殊材料或结构，利用温度对光纤折射率的影响来实现温度测量。
例如，实验室中可以将光纤与特殊材料包覆，当温度发生变化时，被测物体的热量会传导到光纤中，进而改变光纤的折射率，通过测量光纤的传输特性，就可以推断出被测物体的温度变化。
在化学反应、生物医学和环境监测等领域，光纤温度传感技术被广泛应用。
2. 光纤应变传感技术光纤应变传感技术是通过测量光纤的弯曲或拉伸程度来实现应变测量的技术。
在实验室中，可以将光纤固定在需要测量应变的物体表面或附近，当物体发生应变时，光纤也会产生相应的弯曲或拉伸，进而改变光纤的传播方式。
通过测量光纤光信号的变化，可以得到物体的应变情况。
光纤应变传感技术在材料力学测试、结构安全监测等领域中有着重要应用，能够实时准确地监测和分析物体的应变情况，并提供重要的数据支持。
3. 光纤压力传感技术光纤压力传感技术是一种利用光纤的形变特性来实现压力测量的方法。
在实验室中，可以将光纤嵌入到压力传感器中，当物体受到外部压力作用时，传感器中的光纤会发生形变，从而引起信号的变化。
通过测量光纤传感器中光信号的变化，可以推断出物体受到的压力变化。
光纤压力传感技术广泛应用于工业生产中的压力检测、地质勘探等领域，为实验室中的研究提供了有效的数据支持。
总结起来，实验室中的光纤传感技术包括温度传感、应变传感和压力传感等多个方面。
这些技术通过光纤作为传输介质，利用物理量对光信号的影响实现高精度的测量和监测。
在光纤传感技术的支持下，实验室研究人员可以更加方便、准确地获取被测物体的相关参数，从而推动科学研究和工程技术的进步。
光纤传感技术中的温度及应变测量研究
光纤传感技术中的温度及应变测量研究光纤传感技术是一种基于光学原理的测量方法，它利用光纤传输光信号，在其传输过程中通过光学传感器对环境参数进行实时监测。
光纤传感技术具有传输距离长、测量精度高、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于工业、能源、环保、安防等领域。
其中，光纤传感技术在温度及应变测量方面的应用较为广泛，成为了目前国内外研究的热点之一。
温度及应变是常见的工程参数，对于各种结构体（如桥、隧道、建筑等）的监测、设备（如飞机、轨道车辆、发电机组等）状态评估以及各种材料的性能测试等都具有重要的意义。
传统的温度及应变测量方法需要使用接触式传感器，其使用存在着测量误差大、易受干扰、易损坏等缺点，限制了其在实际应用中的发展。
而光纤传感技术具有非接触、反应快、精度高、抗干扰能力强等优点，可以克服传统传感器存在的缺点。
光纤传感技术中，温度及应变测量的实现基于光纤布拉格光栅传感技术（Fiber Bragg Grating，FBG）。
光纤布拉格光栅是一种利用光波的布拉格反射原理进行传感的技术，其结构由一定长度的光纤和在光纤中穿过的周期性浮雕组成。
当外界环境参数发生变化时，光纤布拉格光栅的光波需要经历布拉格反射，其反射光波频率发生改变，即通过测量不同频率的反射光波来实现外界环境参数的测量。
在温度测量中，由于热胀冷缩现象的影响，光纤布拉格光栅的晶格常数会发生变化，其反射光波频率也会相应地发生变化。
因此，可以通过测量光纤布拉格光栅反射光波的频率来实现温度的测量。
其具有精度高、灵敏度高、响应速度快、不受干扰等优点，在火电、核电、航天、航空、船舶等领域有广泛应用。
应变测量中，由于物体受到外界力的作用而发生形变，物体表面的应变值不同。
这时，可以在物体表面粘贴一定长度的光纤布拉格光栅或把光纤布拉格光栅与物体表面接触，在物体表面各个点上进行应变或形变的测量。
通过测量反射光波的频率来计算物体表面的应变值。
光纤布拉格光栅传感技术具有许多优点，但是其也存在着一些问题。
光纤传感技术在民航安全监测中的应用研究
光纤传感技术在民航安全监测中的应用研究随着民航业的迅速发展，民航安全监测变得尤为重要。
传统的安全监测手段已经无法满足对航空器结构和系统状态实时、准确监测的需求。
因此，如何利用新兴的技术手段提高民航安全监测的可靠性和准确性成为一个迫切需要解决的问题。
本文将探讨光纤传感技术在民航安全监测中的应用研究。
光纤传感技术是一种基于光学原理，利用光纤作为传感器的手段进行测量的技术。
它具有高灵敏度、快速响应、免受电磁干扰以及能够长距离传输等优点，在民航安全监测中具有广泛的应用前景。
以下是光纤传感技术在民航安全监测中的几个主要应用领域。
首先是光纤传感技术在航空器结构监测中的应用。
航空器结构的健康状态对于安全飞行至关重要。
而传统的结构监测手段需要大量的传感器布置和复杂的数据采集系统，而且容易受到外界环境的干扰。
光纤传感技术可以通过在光纤中引入微小的模式失配，使其成为一种自适应结构监测传感器。
利用这种传感器，可以实时监测飞机结构的变化，发现潜在的裂纹、疲劳等问题，及时采取措施，确保飞行安全。
其次是光纤传感技术在燃油系统监测中的应用。
燃油系统是飞机运行的重要组成部分，对于燃油泄漏等问题的及时探测十分关键。
传统的燃油泄漏监测手段往往需要大量的传感器和复杂的布线，而且识别准确率有限。
光纤传感技术可以通过在光纤表面引入特殊的材料，实现对燃油泄漏的高灵敏度监测。
当产生泄漏时，光纤上的特殊材料会发生变化，从而改变传感器的输出信号，实现对泄漏的及时报警。
第三是光纤传感技术在导航系统监测中的应用。
航空器的导航系统是实现正确飞行的关键，对系统的实时监测要求较高。
光纤传感技术可以应用于导航系统中，用于检测速度、加速度、姿态和位置等参数。
通过在光纤中引入多个微弯区，可以实现对航空器位置和倾斜角度的高精度监测。
这种传感器具有体积小、重量轻的特点，对导航系统的性能提升具有重要意义。
最后是光纤传感技术在环境监测中的应用。
航空器在飞行过程中会受到各种不同的环境因素的影响，光纤传感技术可以用于监测温度、湿度、压力等环境参数。
光纤传感器的研究与应用
光纤传感器的研究与应用摘要光纤传感器作为现代传感技术的关键组成元素，凭借其高精度、高灵敏度和卓越的抗干扰性能，在工业自动化、环境监测、医疗健康等多个领域展现出巨大的应用潜力。
本研究全面回顾了光纤传感器的发展背景，深入剖析了其基本工作原理，详尽介绍了设计与制造的先进方法，并广泛探讨了其在不同行业应用的现状。
研究中，我们创新性地提出了一种新型传感器结构设计思路，通过精细选择材料与优化制造流程，显著增强了传感器的整体性能。
应用实践表明，光纤传感器在实现工业自动化过程中的温度、压力、位移等关键参数的实时监控与精确管理，以及在环境监测、医疗健康领域的应用中均取得了突破性成就，充分展示了其在未来科技与社会发展中的广阔应用前景与深远影响。
科技进步与市场需求的不断演进，正引领光纤传感器技术步入一个创新与突破的新纪元。
未来展望中，光纤传感器技术将趋向于更高灵敏度、更优精度及深度智能化的进化之路，依托于新材料、新工艺及集成技术的集成，推动实现传感器的多功能集成与智能化管理的飞跃。
此趋势下，光纤传感器在航空航天、军事防御、交通运输等关键领域的应用将获得更深层次的拓展，以精准适配各领域独特需求的挑战。
然而，这一系列的进展伴随着技术难题的升级与市场竞争的加剧，对企业提出了在技术创新能力和品牌影响力上持续提升的要求，以巩固市场地位。
本研究不仅为光纤传感器的设计与制造工艺开辟了新颖思路与途径，也为跨领域应用提供了新视点与借鉴案例，对加速光纤传感器技术的迭代进步与广泛应用具有深远的意义。
关键词：光纤传感器；设计与制作；应用研究；技术创新；发展趋势目录摘要 (1)第一章引言 (3)1.1 研究背景与应用意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究方法与创新点 (5)第二章光纤传感器的基本原理 (6)2.1 光纤传感技术的基础 (6)2.2 光纤传感器的分类与特点 (7)2.3 关键技术分析 (8)第三章光纤传感器的设计与制作 (10)3.1 传感器结构设计 (10)3.2 材料选择与制作工艺 (11)3.3 性能优化策略 (11)第四章光纤传感器的应用研究 (13)4.1 在工业自动化中的应用 (13)4.2 在环境监测中的应用 (14)4.3 在医疗健康领域的应用 (14)第五章光纤传感器的发展趋势 (16)5.1 技术创新与突破 (16)5.2 行业应用的拓展 (17)5.3 面临的挑战与机遇 (17)第六章结论与展望 (19)6.1 研究总结 (19)6.2 未来研究方向 (20)第一章引言1.1 研究背景与应用意义光纤传感器的研究与应用在当前科技发展的浪潮中占据了重要地位。
光纤传感技术在航空航天领域的应用研究
光纤传感技术在航空航天领域的应用研究引言：航空航天领域对于传感技术的需求日益增长。
随着航天器和飞机复杂性的不断提高，对于传感技术的要求更加迫切，特别是在航空航天器的监测和安全性方面。
光纤传感技术作为一种高灵敏度、高分辨率、免受干扰的技术，被广泛应用于航空航天领域。
本文将探讨光纤传感技术在航空航天领域的应用研究。
光纤传感技术在航空航天领域的挑战：航空航天领域对传感技术的要求非常高，因为它们必须能够承受极端温度、大气压力和辐射等恶劣环境条件。
光纤传感技术在这一领域面临以下挑战：1. 温度极端环境：航空航天器的发动机和外部结构在飞行过程中会受到极高或极低的温度影响。
光纤传感技术需要能够在这些温度极端环境下保持其准确性和可靠性。
2. 高辐射环境：航空航天器在空间中会受到辐射的影响，这对光纤传感器的性能和寿命产生负面影响。
开发适应高辐射环境的光纤传感器是一个重要任务。
3. 高灵敏度和高分辨率：航空航天器的监测需要高灵敏度和高分辨率的传感器。
光纤传感技术可以提供比传统传感器更高的灵敏度和分辨率。
光纤传感技术在航空航天领域的应用研究进展：尽管面临挑战，光纤传感技术在航空航天领域的应用研究取得了显著进展。
以下是一些典型的应用案例：1. 结构监测：航空航天器的结构安全是飞行的关键。
光纤传感技术可以用于监测航空航天器结构的应力、应变和振动，以及监测火箭的发射、回收和再入过程中的风险。
光纤传感器可以在航空航天器表面或内部安装，通过测量光纤传输的光信号的变化来检测结构的变化。
2. 温度监测：航空航天器在飞行中会经历不同的温度变化，需要准确监测和控制温度。
光纤传感技术能够在不同的温度范围内测量温度，并提供高精度和高稳定性的温度监测。
例如，在航空航天器的发动机中安装光纤传感器可以实现对温度分布的实时监测。
3. 液体监测：航空航天器的燃料和冷却液等液体的监测对于飞行的安全至关重要。
光纤传感技术可以用于监测液体的流速、浓度和污染物的存在。
光纤传感技术的发展及其应用分析
光纤传感技术的发展及其应用分析光纤传感技术是一种基于光纤的传感器技术，利用光纤传输光信号来感知和测量环境中的物理量，具有高灵敏度、远程传输和防电磁干扰等优点。
随着科技的不断进步，光纤传感技术得到了快速的发展，并在各个领域得到了广泛的应用。
1.光纤传感技术的发展历程：光纤传感技术的发展可以追溯到1960年代中期，当时人们意识到光纤的潜在应用价值，并开始研究光纤在通信领域的应用。
在20世纪70年代初，光纤通信技术逐渐得到商业化推广，取代了传统的电缆和导线传输方式。
这一进步引起了科研人员的兴趣，开始探索在光纤上实现传感功能。
光纤传感技术的大规模发展始于20世纪80年代，当时科研人员通过改变光信号的传播方式和特性，实现了光纤传感器对温度、压力和应变等物理量的测量。
接下来的几十年里，光纤传感技术不断得到改进和完善，新的传感原理和技术不断涌现。
特别是在21世纪，光纤传感技术得到了更广泛的应用和深入的研究，涉及领域包括医疗、环境监测、工业控制等。
2.光纤传感技术的应用分析：（1）光纤传感技术在医疗领域的应用：光纤传感技术能够实现对生物体内温度、压力、光学参数等的实时监测和远程传输，为医疗领域提供了更为精确和可靠的生理参数测量手段。
光纤内镜技术、光纤血氧测量技术等已经在临床中得到广泛应用。
（2）光纤传感技术在环境监测领域的应用：环境监测是保障环境安全和生态平衡的重要环节，而光纤传感技术具有高灵敏度和远程传输的特点，使其在环境监测领域得到广泛应用。
比如，光纤声学传感技术可以用于地震监测和声学事件定位，光纤气体传感技术可用于检测有害气体浓度等。
（3）光纤传感技术在工业控制领域的应用：工业过程中的温度、压力、振动等参数的监测对工业生产过程的控制和安全性有着重要的意义。
光纤传感技术的高灵敏度和防电磁干扰的特点使其成为广泛应用于工业控制领域的一个关键技术。
通过光纤传感器可以实时监测工业过程中各种参数的变化，并及时采取相应的控制措施。
光纤传感技术原理与应用研究
光纤传感技术原理与应用研究近年来，光纤传感技术在各个领域得到了广泛的应用。
本文将深入探讨光纤传感技术的原理以及其在实际应用中的研究成果。
一、光纤传感技术原理光纤传感技术是一种基于光信号传输的测量和控制方法。
其原理是通过光的传播和传输特性来感知环境的参数变化，并将信号传递到检测仪器进行处理分析。
光纤传感技术的核心是光纤的特性，包括引导光信号传输的光纤芯和包覆在芯外部的光纤壳。
光纤传感技术有多种工作原理，其中最常见的是基于光纤的干涉原理。
当光信号在光纤中传输时，会与介质的参数变化相互作用，改变其传播特性，这种变化可通过测量光的相位或强度来分析。
例如，当光纤传感器暴露在温度变化的环境中时，光纤的长度会发生微小变化，从而导致光的相位或强度发生变化。
通过测量这些变化，我们可以准确地测量环境的温度。
二、光纤传感技术的应用研究1. 温度传感应用光纤传感技术在温度测量领域具有广泛的应用。
通过利用光纤的热敏特性，可以实现高精度、远距离的温度测量。
比如，在火电厂中，通过将光纤传感器布置在管道上，可以实时监测管道的温度分布，及时预警可能出现的故障。
2. 压力传感应用利用光纤的压力敏感特性，可以实现对压力变化的测量。
在石油钻井、航空航天等领域，光纤传感器被广泛应用于高压条件下的压力监测。
相比传统的电子压力传感器，光纤传感器具有更高的可靠性和耐用性。
3. 气体传感应用通过将光纤传感器与特定的气体传感材料相结合，可以实现对气体成分的监测。
例如，在环境监测中，光纤传感器可以用于监测空气中的有害气体浓度，如二氧化碳、一氧化碳等。
由于光纤传感器具有高灵敏度和快速响应的特性，可以实现对极低浓度气体的准确测量。
4. 应变传感应用由于光纤传感器具有极高的灵敏度和对应变的良好适应性，因此在结构安全监测领域得到了广泛应用。
通过布置在工程结构中的光纤传感器，可以实时监测结构的应变变化，从而提前发现潜在的结构故障隐患。
5. 生物医学应用光纤传感技术在生物医学领域也有着重要的应用。
光纤传感技术在压力测量中的应用研究
光纤传感技术在压力测量中的应用研究摘要：光纤传感技术作为一种高精度、高灵敏度的测量手段，近年来在压力测量领域得到广泛应用。
本文主要探讨了光纤传感技术在压力测量中的应用研究，并介绍了其原理、优点及应用场景。
研究表明，光纤传感技术在压力测量中具有较高的测量精度和快速响应能力，可广泛应用于工业、医疗、环保等领域，具有较大的发展潜力。
关键词：光纤传感技术；压力测量；应用研究；测量精度；发展潜力一、引言压力测量是工程领域中的重要任务之一，具有广泛的应用价值。
传统的压力传感器通常存在体积大、制造成本高、抗干扰能力差等问题。
而光纤传感技术作为一种新兴的测量手段，由于其独特的优势在压力测量中得到广泛应用。
本文主要探讨了光纤传感技术在压力测量中的应用研究，旨在提供一种新的测量思路和方法。
二、光纤传感技术的原理及优点光纤传感技术是一种基于光学原理的测量手段。
其原理主要是通过测量光纤中的光信号的变化来实现对压力的测量。
光纤传感技术具有以下几个优点：1. 高测量精度：光纤传感器的测量精度可达到纳米级，远高于传统的压力传感器。
2. 快速响应能力：光纤传感技术具有较快的响应速度，可以实时监测压力的变化。
3. 体积小、安装方便：光纤传感器的体积相对较小，安装便捷，适用于各种复杂环境。
4. 抗干扰能力强：光纤传感器在测量过程中能够有效抵抗外界干扰，提高测量的准确性。
三、应用场景光纤传感技术在压力测量中具有广泛的应用场景。
以下列举几个典型的应用领域：1. 工业领域：在工业生产过程中，对压力进行实时监测对保障产品质量和生产安全至关重要。
光纤传感器可以应用于各种工业设备中，如机械设备、管道等，实时监测压力变化并做出相应的调整。
2. 医疗领域：在医疗领域，压力监测是各种手术和治疗的重要环节。
光纤传感器可以应用于手术器械、生命支持系统等设备中，实时监测人体内部的压力变化，为医生提供准确的参考。
3. 环保领域：环保工程中常常需要对气体或液体中的压力进行测量，以评估环境的质量和安全性。
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2017年4月第37卷第2期宇航计测技术Journal o! Astronautic Metrology and MeasurementApr.,2017Vol.37,No.2文章编号=1000-7202(2017) 02-0005-05 D01:10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.02空间光纤传感测量技术应用研究冯忠伟荣刚姜爽张声艳(中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京100076)摘要针对空间环境参数测量的需求和特殊环境约束，研究光纤技术应用于空间飞行器上的系统性解决方案。
从不同的参数敏感形式当中选择光纤光栅实现温度、压力等物理参数测量，详细分析了光纤光栅解调装置的设计与实现，采用CCSDS标准协议形式实现测量数据的封装和传输。
针对空间环境的特殊性，分析空间力学环境、辐照环境对光纤传感测量系统的影响，研究了提高测量系统空间环境适应性的方法，为空间飞行器上的物理参数集成化测量提供一种有效的解决方案。
关键词光纤传感空间飞行器测量光纤光栅中图分类号:TN206 文献标识码:AResearch on Fiber Sensing Measurement for SpacecraftFENG Zhong-wei RONG Gang JIANG Shuang ZHANG Sheng-yan(Research a n d D evelop m en t Center，C hin a Academ y o!Lau n ch Vehicle Technology，Beijing 100076，China)Abstract The application o!fiber sensing measurement!or spacecraft is explored extensively towards the special requirement and limitation brought by the space environment.The fiber grating is selected!rom various techniques to transfer the physics such as temperature,pressure into signal.The design and realization o!the demodulation for the fiber grating sensing system are analyzed comprehensively.CCSDS recommendations are applied to package and transmit the measuring data.Methods are explored aiming to improve the environmental suitability of the measuring system towards the special requirement of the mechanical and radiation environment.A feasible solution for the measurement of space physical parameter is promoted.Key words Fiber sensing Spacecraft Measurement Fiber gratingl引言空间飞行器上的温度、压力等物理参数反应了 飞行器上的环境特性,是确保飞行器上设备正常工 作的重要指标,在空间飞行器上关键部位通常采用 大量传感器进行参数监测。
相对于传统传感测量技术，光纤具有体积小、重量轻、抗电磁干扰性能好、易于组网测量等优点。
本文按照一般测量系统组成, 分析了光纤光栅传感测量原理，阐述了光纤光栅传 感解调装置的组成和实现，重点分析了光电探测器 的驱动及数据采集方案。
在空间数据管理方案的基 础上，采用CCSDS标准协议形式进行数据的封装和收稿日期：2016-09-08,修回日期：2016-12-28作者简介:冯忠伟（1982-)，男，博士，高级工程师，主要研究方向：空间飞行器数据管理技术研究宇航计测技术2017 年图3衍射光栅分光原理由A SE 宽带光源入射的光经光纤光栅反射后 入射到准直镜上，由于入射光波长相近，准直镜出射 的光可以近似认为是平行光束，经过两块衍射光栅 后不同波长的光束在空间按一定的角度展开，由反 射镜将光束汇聚成像在探测器上。
该系统中采用两块衍射光栅可以保证在提高波长分辨率的同时减小 解调器的空间尺寸。
由于系统中心波长为1550nm ， 因此光电探测器选用该波段敏感的InGaAs 线阵探 测器。
探测器在硬件电路的控制下对像点进行离散 采样，通过A /D 转换得到对应的数字信号，通过通 讯模块将采样数据回传到上位机。
由于像点的空间 光强分布为高斯型，通过软件算法对离散采样数据进行高斯拟合得到反射谱的中心波长。
由于光路由准直镜、衍射光栅、反射镜和光电探 测器组成，必须精确计算确定各个光学元件之间的本、最直接的物理量，它们的变化使光纤光栅的周期 和折射率发生变化，从而引起光纤光栅中心波长的 变化。
应变及温度同波长变化量之间的关系可以通 过下式表示=(1 - P a )AS + ( « + AT⑴AB式中:Pa —弹光系数^ 一光纤的热光系数;a —-光纤的热膨胀系数。
典型的光纤光栅的应变灵敏度约为1pm /p s ，温度灵敏度约为10pm /T l 。
3光纤光栅传感解调装置3.1双衍射光栅解调原理基于衍射光栅的光纤光栅传感解调系统如图3 所示，实线框中的部分为本文的研究内容，由准直 镜、衍射光栅、反射镜和光电探测器组成;硬件电路 由驱动模块、A /D 采样模块、通讯模块和FPGA 控制 模块组成。
图2光纤光栅反射普形状示意图应变和温度是引起光纤光栅中心波长变化最根传输，满足一般空间飞行器上数据调度及下行需求。
针对空间力学环境和辐射环境，研究了提高光纤传 感测量系统环境适应性的方法，为空间飞行器上环 境参数测量提供了一种有效途径。
2光纤光栅传感测量系统光纤光栅的反射或透射谱的中心波长受应变、温度等因素的调制而发生变化，波长的变化量同应 变和温度等因素具有确定的关系，因此波长解调是 光纤光栅传感系统的核心技术之一 [1~3]。
图1为光纤光栅传感系统的原理示意图。
宽带 光源发出的光经3d B 耦合器传输到光纤光栅上，光 纤光栅反射光再经耦合器传输到波长解调系统中， 从波长解调端观测到的典型反射光谱如图2所示。
由图2可知，宽带光源入射的所有光束中，波长值在 光纤光栅中心波长入0附近的光具有较高的反射率， 反射功率随偏离中心波长A b 距离的增加迅速下降。
当光纤光栅受温度或应变调制时，其有效折射率发 生变化，导致光纤光栅反射谱中心波长A b 发生偏移AA b ，^A b 的大小同作用在光纤光栅上的温度或应变相关，因此通过波长解调测得^A b 即可得到温度或 应变的大小。
图1光纤光栅传感系统原理示意图義邀反射率第2期空间光纤传感测量技术应用研究图5探测器驱动及数据采集电路提供两路同步工作的A /D 转换器。
为了使采样信 号尽可能真实的反映原信号，本系统中A /D 转换器 的采样频率为10MHz 。
U SB 模块实现上位机同底 层模块的通讯功能，上位机上的指令通过该模块写 入到底层模块，底层模块的A /D 采样结果通过该模 块传送到上位机供后续数据处理。
所有上述模块通 过FPGA 模块统一控制完成InGaAs 线阵探测器驱 动及数据采集功能[3]。
4 CCSDS 数据封装与传输飞行器上的温度参数、力学参数等特性差异较 大，温度参数频率低、对采样及传输速率无特殊要 求，但振动等参数则要求满足香农采样定律。
PCM 遥测为高频参数的采集及同步传输提供了合理的机制，但是PCM 帧格式的编排特性不能克 服多类型数据源、时变特性的需求。
CCSDS 分包遥 测协议则提供了面向不同特性数据源的良好解决机 制，但是不能满足高频参数等间隔采样要求。
为解 决上述问题，将PCM 遥测和CCSDS 分包遥测进行 综合利用，在CCSDS 遥测包中进行PC M 帧格式封 装，达到即能满足高频参数等间隔采样要求，同时实 现和其他数据格式兼容，满足数据异步传输要求。
数据源包提供了与其他异步数据兼容的数据格 式，通过统一的调度策略即可实现数据的下行传输。
但是数据源包的非同步传输策略不能保证高频参数 的等间隔采样要求，为解决该问题，在数据源包的数 据域内实现PCM 帧格式封装，以13x 6遥测格式为 例，数据源包中包含78字节内容。
采用这种方式保 证了单独一个数据源包内数据的等间隔特性，而不 同数据源包之间则通过数据源包的时间码进行标 识，时间码之间可以采用插值方法得到一组等间隔Vdd (+5V )VssINP (+4.5V ) Vref (+1.27 V ) RESET CLK驱动模块(h(k = 1，2，c )(2)相互位置关系，其中关键需要确定两块衍射光栅的 空间布局。
以A i ，A ]，分别表示入射光束波长的 上限、下限和中心波长，则衍射角（i ，（2, ^可以通 过下式计算得到.f Ak .c s in ---siV d,式中:i —所有波长光束的入射角度;d —光栅周期。
设 ^SO 'A ^l .SZSpm ，A c= 1.545pm ，A2 = 1.565pm，d = l ^m ，则第一块光栅出射光束衍射角最大差值为Ad =1 (1 - (2 I = 3.225°(3)为了使所有设计波长同时通过两块衍射光栅，两块衍射光栅的空间布局如图4所示。
若以平行入射光束同第一块衍射光栅的交点(〇1)为全局坐标系原点，〇2为波长为A 。
光束同第二 块衍射光栅的交点，则第二块衍射光栅的空间位置 可以通过02相对的位移（％2, y2)及旋转角度(3 完全确定。
3.2光电探测器驱动及数据采集针对所选用的探测器设计相应的驱动、数据采 集电路，该硬件电路的主要功能可以分为四个模块: 驱动电路模块;A /D 转换模块；U SB 通讯模块；FP -G A 控制模块。
其基本结构如图5所示。
驱动电路模块是提供芯片正常工作的必要输入 信号，包括工作电压（F (1(1)、参考电压（IN P 和F r c f )、 时钟（CLK )及复位信号（RESET )。
参考电压（INP 和U对探测器输出信号的质量具有较大影响，要求提供尽可能小的波纹度。