基于高斯型滤波器的FBG振动传感解调技术的研究

论文摘要

光纤光栅作为传感器件,通过检测光纤光栅的反射或透射中心波长的变化量能够实现对温度、压力、电流、磁场、振动等物理量的测量。由于光纤光栅传感具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、电绝缘性好、安全可靠、耐腐蚀、可构成光纤传感网等诸多优点,它在航天、航海、石油开采、电力传输、核工业、医疗、科学研究等众多领域均有广阔的应用前景。本文主要研究光纤布拉格光栅振动传感器的解调技术,所做的主要研究内容和取得的研究结果如下：利用耦合模理论分析了光纤布拉格光栅的反射率、反射谱等特性。讨论了光纤布拉格光栅用作应力应变、压力和温度方面传感器的原理和传感特性。介绍了光纤布拉格光栅的解调方法和复用技术。研究了光纤布拉格光栅作为传感器件受轴向和径向静态应力产生应变的特性,使用光纤光栅解调仪对光纤布拉格光栅反射中心波长测量,结果表明,光纤光栅的应力应变和压力传感实验结果与理论分析相符。为了解决传统匹配光纤光栅解调法的动态解调范围不足问题,提出了通过使用带宽较宽的高斯型滤波器替代匹配光栅来提高动态解调范围的方案,理论上对这种方案进行了分析和讨论,研究了确定工作点的有效方法。实验上采用3dB带宽为0.374nm的滤波器替代3dB带宽为0.241nm的匹配光栅,对这种解调方案进行了实验,实现了对1000Hz的振动高频有效解调,同时将系统的动态测量范围从0.29nm提高到0.378nm,在该动态范围内,系统测量灵敏度为3.6mv／pm,误差为2.7%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤光栅的发展
• 1.2 光纤光栅的特点及应用
• 1.2.1 传感器领域中光纤光栅的应用
• 1.2.2 通信领域中光纤光栅的应用
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 光纤Bragg光栅理论分析
• 2.1 光纤光栅的分类
• 2.2 光纤Bragg光栅的耦合模理论
• 2.3 光纤Bragg光栅的导波结构
• 2.4 光纤Bragg光栅的反射率
• 2.5 光纤Bragg光栅的应变和温度灵敏性
• 第三章 光纤Bragg光栅传感解调技术
• 3.1 光纤Bragg光栅传感原理
• 3.1.1 光纤Bragg光栅应变传感原理
• 3.1.2 光纤Bragg光栅压力传感原理
• 3.1.3 光纤Bragg光栅温度传感原理
• 3.2 光纤Bragg光栅传感系统
• 3.3 光纤Bragg光栅信号解调技术
• 3.3.1 边沿滤波法
• 3.3.2 可调谐F-P滤波法
• 3.3.3 匹配光纤Bragg光栅法
• 3.3.4 干涉法
• 3.3.5 可调光源法
• 3.3.6 波长的直接测量
• 3.4 光纤光栅传感复用技术
• 第四章 光纤Bragg光栅静态轴向应力应变及径向压力实验研究
• 4.1 光纤Bragg光栅轴向应力应变实验
• 4.1.1 光纤Bragg光栅应力实验装置
• 4.1.2 光纤Bragg光栅应力测试结果及分析
• 4.2 光纤Bragg光栅径向压力实验
• 4.2.1 光纤Bragg光栅压力测试方法
• 4.2.2 光纤Bragg光栅压力测试结果及分析
• 4.3 小结
• 第五章 基于高斯型滤波器的光纤Bragg光栅振动传感解调研究
• 5.1 基于高斯型滤波器的光纤Bragg光栅振动解调原理
• 5.2 基于高斯型滤波器的光纤Bragg光栅振动解调实验装置
• 5.3 基于高斯型滤波器的光纤Bragg光栅振动解调实验结果及分析
• 5.3.1 设置解调系统最佳工作点
• 5.3.2 解调系统对振动幅度的响应特性
• 5.3.3 解调系统对振动频率的响应特性
• 5.3.4 采用不同线宽滤波器所构成的解调系统其测量范围
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢