干涉型光纤传感器的解调方案研究

论文摘要

干涉型光纤传感器涉及光学、光电子学、精密机械、信号处理技术等多个领域。由于其具有灵敏度高、动态范围大等特点,各发达国家都高度重视此方面的研究。干涉型光纤传感器能够实现精确、快速、非接触的测量。信号的解调技术是其关键技术之一,将直接影响测量的分辨率、精度、动态范围等因素。论文首先阐述了干涉型光纤传感器的基本原理,并对带法拉第旋转镜的Michelson干涉仪进行了分析。其次,详尽介绍了干涉型光纤传感器的各种解调技术,着重分析了几种主要的方法,分析了它们的优缺点、应用场合及技术难点等问题,并对各种解调技术的主要性能进行了比较;详细阐述了相位生成载波的解调方法,包括用PZT元件调制和直接调制半导体光源实现相位载波两种方式。论文重点研究了基于3×3耦合器的被动解调技术,分析了基于3×3耦合器的正交解调法和对称解调法的原理;对在解调中可能出现的失真情况和原因进行了理论分析和仿真;设计了改进的正交解调法,改进的正交解调法既具有自动增益控制的功能又克服了耦合器非对称性的影响;针对对称解调算法,通过调整去直流电路和自动增益控制电路的加法器增益,解决了耦合器不对称产生的解调失真问题;并提出了利用幅度归一化处理代替自动增益控制电路的改进对称解调法。在理论分析的基础上,利用MATLAB软件对改进解调算法进行了仿真分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 干涉型光纤传感器概述
• 1.2 课题研究背景以及国内外研究动态
• 1.2.1 课题研究背景
• 1.2.2 干涉型光纤传感器的国外研究动态
• 1.2.3 干涉型光纤传感器的国内研究动态
• 1.3 课题的研究意义及主要研究内容
• 第2章 干涉型光纤传感器的基本原理
• 2.1 光的干涉
• 2.2 光纤相位调制机理
• 2.2.1 应力应变效应
• 2.2.2 温度效应
• 2.3 干涉型光纤传感器的结构
• 2.3.1 Mach-Zehnder光纤干涉仪
• 2.3.2 Michelson光纤干涉仪
• 2.3.3 Fabry-Perot光纤干涉仪
• 2.3.4 Sagnac型光纤干涉仪
• 2.4 消偏振衰落的迈克尔逊干涉仪
• 2.4.1 偏振态对干涉仪的影响
• 2.4.2 Michelson干涉仪的消偏振衰落原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 干涉型光纤传感器的解调技术
• 3.1 相位衰落现象
• 3.2 干涉型光纤传感器的解调技术
• 3.2.1 被动零差检测法
• 3.2.2 主动零差检测法
• 3.2.3 外差检测法
• 3.2.4 合成外差检测法
• 3.3 其它解调技术
• 3.5 本章小结
• 第4章 相位生成载波调制解调技术
• 4.1 PGC解调技术概述
• 4.2 外调制PGC的解调原理
• 4.2.1 相位载波调制及干涉信号的频谱分析
• 4.2.2 外调制PGC零差检测方案的数学模型
• 4.3 直接调制半导体光源PGC的解调原理
• 4.3.1 直接调制光频的原理
• 4.3.2 直接调制光源PGC的数学模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于3×3耦合器的解调技术及其改进
• 5.1 基于3×3耦合器的解调技术概述
• 5.2 基于3×3耦合器的正交解调法
• 5.2.1 正交解调法的提出
• 5.2.2 正交解调法的原理分析
• 5.2.3 解调失真分析与仿真
• 5.2.4 正交解调法的改进
• 5.2.5 改进正交解调法的仿真
• 5.3 基于3×3耦合器的对称解调法
• 5.3.1 对称解调法的提出
• 5.3.2 对称解调方案的原理分析
• 5.3.3 解调失真与分析
• 5.3.4 对称解调法的改进
• 5.3.5 改进对称解调法的仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢