叶片应力检测用F—P腔分布式FBG解调技术
    摘要：风能作为一种清洁能源越来越受到_廿界的重视，叶片是吸收机械能最直接的部分，因此检测叶片承受的应力是非常重要的。本文采用Bragg光纤光栅作为席力传感器，分析了Br犍g传感器测应变的原弹，主要研究了基于F—P腔的分布式FBG解调技术。
    关键词：风力发电；Bragg光纤光栅；F—P腔解调
0引言
    目前，人类使用的能源主要是以石油、煤、天然气等为主的化石能源。一方而，由于这些化石燃料的大量消耗已导致全球气候变暖，以及严重的环境污染；另一方面，化石能源为不可再生
能源，不仅储量有限，分布也不均匀。面对诸多问题，人们开始大力发展取之小尽、用之不竭的可再生能源。
    风力发电是采用机电能量转换装簧把风能转化为电能的一种技术，其原理是天然风吹转叶片，带动发电机的转子旋转而发出电能，所以是一种取之小尽的清洁能源”0。其中，叶片是吸收
机械能最直接的部分。风吹动叶片旋转，从而带动发电机转子旋转发电。因此叶片的偏转角度，以及叶片承受风压的能力都是必须考虑的问题。
    为了检测叶片承受的压力值，本文采用了光纤光栅传感器作为检测应力的传感器，并研究了其传感原理和解调技术。
1 Bragg光纤光栅传感器的工作原理
1 1 Bmgg光纤光栅传感器的结构
  Bragg光纤光栅的结构，如图1所示，入射到光纤布拉格光栅的宽带光，只有满足Bragg条件的波长的光才能被反射到来，其余的光都被透射出去。光纤光栅传感的基本原理是利用光纤光栅的有效折射率和光栅周期对外界参量的敏感特性，将外界参量的变化转化为其布拉格波长的移动，通过检测光栅反射的中心波长移动实现对外界参量的测量“0。
1 2 Bragg光栅测应变算法
    Bragg条件为如下的光学方程：

式中：丑e——B¨agg波长；以一——纤芯折射率的调制周期；-光栅区的纤芯有效折射率。一般和“为微米量级。一个Bmgg光栅中含有多个折射率变化的周期，总长度为几毫米。当光纤发生应变F时，即

其中，4如／4s=昆，为Bragg光栅应变灵敏度。当九=l 5Ⅲ时，由式(5)可得到品=l 209×10 nⅡl／肛，即光纤Bragg光栅对每一微变给出1 209×10 nm的波长漂移。
    上述特性表明，Bragg波长b受光栅周期变化和折射率扰动的影响，因此通过监测4如的变化可测出外界应力扰动。
2基于F—P腔的分布式FBG解调技术
    本文主要研究口J调谐F—P滤波器解调法。此方法属于波域分布式解调方法的一种。波域分布式解调方法是在一根传感光纤上制作许多个布拉格光栅，每个光栅的工作波长相互分开，经：3dB耦合器取出反射光后，用波长探测解调系统测出每个光栅的波长或波长偏移，从而检测出相应被测量的大小和空间分布。
2 1可调F—P腔滤波解调原理
    光纤光栅的传感信息以波长编码的形式被解调系统接收，通过波长解调得到传感信号的变化情况。波长解调方法有很多，由于F—P滤波器解调法具有光能利用率高，具有高灵敏度，体积小，操作简单等优点。因此本文主要研究可调谐F—P滤波器解调法。可调谐F—P腔的结构如图2所示。从光纤入射的光经透镜L1变成平行光入射到F。P腔内，出射光经透镜L2汇聚到光电
探测器上。构成F—P腔的两个高反射镜中的一个固定，另一个(其背面贴有一一个PzT压电陶瓷)可在外力的作用下移动。

可调谐F。P腔滤波解调示意图如图3所示。宽带光源发出的光经隔离器进入到FBG，反射光信号经耦合器到达可调谐F—P腔滤波器，F—P腔滤波器工