基于可调光纤F-P滤波器实时解调系统的研究

论文摘要

光纤布喇格光栅（FBG）传感器以其优异的电气绝缘性以及抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、体积小、重量轻等优点,被广泛应用于建筑、电力、医药和化工等多个领域,是目前光纤传感领域的一个研究热点。作为传感元件,光纤光栅将被感测信息转化为其反射波长的移动,即波长编码,因而不受光源功率波动和系统损耗的影响。应用FBG传感器的关键就在于精确的检测Bragg反射波长的微小移动,即对波长编码信号进行解调。FBG传感信号解调技术的研究又是FBG传感领域的重点和难点,从而引起人们的广泛关注。本文以FBG传感器信号解调技术的研究为主题,对基于可调F-P滤波器实时解调系统进行了理论和实验研究。首先,对国内外FBG传感信号解调技术发展状况进行了综合分析,阐述了该领域的研究现状,并分析了有关解调方案的特点。其次,系统地阐述了光纤传光的耦合模理论,并在此基础上推导出FBG的Bragg公式、反射率和透射率公式;分析了FBG的应变、压力和温度传感器的传感机理,并对实验中出现的问题进行了深入的分析研究。最后,设计了一种基于可调F-P滤波器的光纤Bragg光栅实时解调系统,并通过实验得以实现;以可调F-P滤波器的光纤Bragg光栅解调系统为基础,实验得出滤波器透过波长与光纤光栅的调谐电压线性关系式。设计并制作了悬臂梁应变实验装置,将可调F-P滤波器实时解调系统应用悬臂梁应变实验,得到有意义的实验结果。结果表明这种可调F-P滤波器实时解调系统的设计方案是可行的,并且具有实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤光栅介绍
• 1.2 光纤光栅的应用
• 1.3 光纤光栅传感技术的特点及发展现状
• 第2章 光纤光栅传感的工作原理和解调技术
• 2.1 光纤光栅传感技术原理
• 2.1.1 光纤光栅传感理论
• 2.1.2 光纤光栅传感器工作原理
• 2.1.3 光纤光栅温度传感原理
• 2.1.4 光纤光栅应变传感原理
• 2.2 光纤光栅解调技术概述
• 2.2.1 匹配光栅滤波解调法
• 2.2.2 可调谐窄带光源解调法
• 2.2.3 非平衡Mach--Zehnder干涉仪解调法
• 2.2.4 线性边带滤波解调法
• 2.2.5 可调谐法布里-珀罗腔（F-P腔）滤波解调法
• 第3章 光纤布喇格光栅解调系统的实验研究
• 3.1 可调光纤F-P滤波器解调方案
• 3.2 系统解调原理
• 3.3 光纤光栅压力传感器的理论设计
• 3.3.1 压力传感器的设计原则
• 3.3.2 光纤光栅压力传感器结构方案
• 3.3.3 悬臂梁应变理论计算
• 3.4 解调系统元件介绍
• 3.4.1 可调光纤F-P滤波器（FFP-TF）
• 3.4.2 光纤可调滤波器控制器FFP-C
• 3.4.3 其他元件
• 第4章 系统测试实验
• 4.1 F-P滤波器透过波长与调谐电压的关系
• 4.2 悬臂梁应变实验数据记录及分析
• 4.3 实验结果分析
• 4.4 结论与系统改进
• 4.4.1 结论
• 4.4.2 系统与研究方法的进一步改进
• 参考文献
• 致谢
• 附录 作者在硕士期间发表的论文