VC++光纤光栅测温信号采集和处理软件设计(3)
国内开展光纤光栅传感器研究的时间略晚于国外，近几年来，国内在学术和基础应用研究方面取得很大进展，但与先进国家相比仍有一定的差距。就全球范围而言，光纤光栅及其应用技术仍处于起步阶段。目前，对于光纤光栅传感器的研究方向主要分为对高灵敏度、高分辨力传感器的研究、对光纤光栅反射信号和投射信号分析和测试系统的研究、对光纤光栅传感器的封装技术、温度补偿技术和传感网络技术的研究三个方面。
1.3 课题背景下的研究内容
数据采集及处理技术是工程实时监测中的一个非常重要的环节，本论文以设计光纤光栅测温信号采集处理软件为主要目的，结合光纤光栅测温系统的硬件系统和工作原理，对测温系统进行需求分析，得到系统逻辑图和详细的系统功能表，主要分为串口通信、实时动态曲线显示、数据库存储、数据库查询四个功能模块。其中，在实时动态曲线显示环节，为避免因图像重画而采用的双缓冲绘图技术和在数据库历史查询环节的坐标转换技术是整个软件系统的关键。
本文围绕上述诸方面主要进行了如下几方面的研究工作:
(1)研究了光纤光栅测温技术的应用背景和光纤光栅测温系统的工作原理
(2)利用MFC编程，实现串口通信功能
(3)通过双缓冲绘图机制的研究，在基于对话框的MFC编程界面中实现实时采集数据的动态曲线显示
(4)通过ADO数据库访问技术实现Visual C++与SQL 2008的连接，并把实时测温信号存入数据库
(5)对数据库进行查询操作，并将查询结果以历史曲线的形式展现
(6)将历史数据以报表的形式显示出来，并附加打印功能
2 光纤光栅测温系统理论基础
光纤布拉格光栅（FBG）是20世纪90年代以来国际上新兴的一种在光纤通讯、光纤传感等光电子处理领域有着广泛应用前景的基础性光栅器件，其是利用掺杂光纤光致折射率变化特性使得光纤纤芯的折射率发生永久性周期变化而形成，能对波长满足布拉格反射条件的入射光产生反射。FBG可以使用在光纤通讯中的波分复用器件、光纤色散补偿器或用于构造功能型光纤传感器、光纤激光器等光纤系统。
2.1 光纤光栅传感器的基本工作原理及模型
光纤光栅的反射或投射峰的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率有关，而外界温度或应力的变化会影响光纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率，从而引起光纤光栅的反射或投射峰波长的变化，这就是光纤光栅传感器的基本工作原理。温度和应变是光纤光栅能够直接传感测量的两个最基本的物理量，它们构成了其他各种物理量传感的基础，其它各种物理量的传感都是以光纤光栅的应变温度传感为基础而间接衍生出来的。
光纤光栅的基本模型如图2.1所示。将纤芯掺锗的单模光纤放在紫外激光干涉场中曝光，就可激起纤芯折射率周期性的非均匀分布，形成全息光栅。
图2.1 光纤光栅的基本模型图
设在均匀纤芯中的折射率为 ，引起折射率非均匀分布后成为 ,折射率峰谷差为 ，非均匀分布区间长L，并且认为纤芯折射率非均匀分布为正弦分布，则纤芯折射率可表示为
其中, 是光栅的空间频率， 是折射率非均匀分布周期。由波动理论可求出光纤光栅的透射率T反射率R
其中， 是自由空间的光波长， 和 分别是1模的正向和反向传输幅度， ， 是该模的传播常数，C耦合系数。
当 ，即 ，满足相位匹配条件，（2-3）式可简化为： （2-4）
反射率是光纤光栅的一个重要参数。（2-3）和（2-4）式直接表述了反射率R与光栅长L的关系。对于折射率峰谷差大的光栅，较短的光栅就可达到高的反射率。折射率峰谷差 一定时，光栅到一定长度后反射率可能达到100%。