光纤法珀微干涉仪解调方法研究及应用

论文摘要

新兴的光纤传感器代表了新一代传感器发展的趋势,具有结构简单、体积小、重量轻、不受电磁干扰、稳定性好、精度高、便于组网等显著优点,被广泛应用到能源、交通、建筑、医学、航空航天等工业和军事领域。光纤传感器产业已被国内外公认为最有前途的高科技产业之一,它以科技含量高、经济效益好、渗透能力强、广阔的市场前景等特点而倍受世人瞩目。随着中国经济的快速发展和物联网发展战略的推进,中国光纤传感器的研究和产业化也面临着巨大的机遇和挑战。光纤法布里-珀罗传感器是光纤传感器的一个重要分支,其解调主要采用强度解调法和相位解调法。传统的单波长强度解调法因为存在容易受光源光强波动、光路扰动、光纤传输损耗变化、电参数漂移等因数影响的问题,使得它在实际工程中应用较少,一般只在实验室中作一些研究之类的尝试。因此,改进和完善光纤法-珀传感器的制作和解调方法具有深刻的理论和现实意义。本论文基于这个出发点,完成了系列工作,总结如下:（1）参考大量文献、专利对光纤传感器国内外研究现状和发展趋势进行了分析,为光纤传感器的研究和产业化提供一定的参考。同时总结了目前光纤传感器的各种结构,制作方法,解调方法,并分析比较了各自的优缺点。（2）提出了一种新型的基于载波技术的光纤法布里-珀罗传感器双波长解调方法,深入研究了该方法的原理,然后搭建了硬件系统,设计了解调软件,并完成了验证性实验。该方法由于两个波长通过的光路和电路完全一样,通过相除后,真正做到了消除光源光强波动、光路扰动及其光电探测器等电参数漂移对测量结果的影响。（3）对采用CZT变换法来解调光纤法-珀传感器进行了理论和实验研究。研究了采用157nm激光微加工技术来制作光纤法-珀腔的方法。研制了一套压力测量系统,该系统可望在航天航空、能源工业等环境十分恶劣的极端条件下使用,为解决长期以来存在的高温下难精确测量的世界难题提供一条可行的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤传感器的特点和分类
• 1.1.1 特点
• 1.1.2 分类
• 1.2 光纤传感器的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本论文选题意义和论文结构
• 1.4 本章小结
• 第二章 光纤法珀传感器基本原理
• 2.1 结构及其制作
• 2.1.1 本征型光纤法布里-珀罗干涉仪（IFPI）
• 2.1.2 非本征型光纤法珀传感器（EFPI）
• 2.2 光纤法?珀传感器的干涉原理
• 2.3 光纤法布里?珀罗传感器的解调方法
• 2.3.1 强度解调法
• 2.3.2 相位解调法
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于载波技术的光纤法珀传感器双波长解调法
• 3.1 传感头制作
• 3.2 传感头的传感特性
• 3.3 双波长解调法的定义和原理
• 3.4 系统硬件设计
• 3.4.1 系统的结构
• 3.4.2 系统中主要的元器件的原理及选用
• 3.5 软件设计
• 3.5.1 LABVIEW 介绍
• 3.5.2 人机交互界面设计
• 3.5.3 流程图设计
• 3.5.4 主函数main.vi 的设计
• 3.6 实验
• 3.6.1 静态应变实验
• 3.6.2 准动态应变实验
• 3.6.3 实验结果分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于CZT 解调法的压力测试软件设计
• 4.1 理论分析
• 4.1.1 系统原理
• 4.1.2 解调方法原理
• 4.2 软件设计
• 4.2.1 界面设计
• 4.2.2 流程图设计
• 4.2.3 程序主要模块设计
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果