基于弱反射光纤光栅的准分布式传感系统信息处理技术研究

论文摘要

分布式光纤光栅传感技术由于能够实现较大测量范围分布信息的提取，在许多领域都有广泛的应用需求，因而成为当前研究热点之一。目前，基于光纤光栅的分布式传感复用方法有波分复用（WDM）、时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、码分多址（CDMA）等，但这些方法都存在一些自身的限制，针对如何提高容量的问题本论文提出基于弱布拉格反射光栅的大容量分布式传感系统，并针对该复用方法进行了理论和实验研究。这种复用系统被证明可以极大的提高复用容量。期间的主要工作如下：第一，介绍了光纤光栅的耦合模理论以及光纤光栅的分类和制作，在此基础上进行了仿真，分析了弱反射光栅的设计和制作条件，并且实际制作出了符合要求的弱反射光栅，验证了这种弱反射光栅的传感特性。第二，提出了基于弱反射布拉格光纤光栅的高复用度准分布式传感方案，并且分析了该方案的容量。提出了高损耗情况下的改进方案。第三，讨论了基于时间和波长二元关系的“光波长时域反射”技术的准分布式传感系统信息处理技术，设计了相应的数据处理算法，因此为基础进行了相关实验,验证了包含9个弱反射光栅单元的系统的工作情况。最后，介绍了低相干干涉的概念以及利用低相干干涉法来进行解调的弱布拉格反射光栅复用方法，通过仿真从理论上分析了这一方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 分布式光纤光栅传感系统的研究进展及技术难点
• 1.2 分布式光纤光栅传感的复用技术概述
• 1.3 分布式光纤光栅传感的波长解调技术概述
• 1.4 本论文的主要研究工作
• 2 光纤光栅的基本理论及传感特性
• 2.1 光纤布拉格光栅的基础理论
• 2.2 布拉格反射光栅的数值模拟及频谱分析
• 2.3 光纤光栅的分类
• 2.4 光纤光栅的写入技术
• 2.5 光纤布拉格光栅的传感原理
• 2.6 本章小结
• 3 弱反射光纤光栅的设计、制作及传感特性
• 3.1 弱反射布拉格光纤光栅的设计
• 3.2 弱反射布拉格光纤光栅的制备
• 3.3 弱反射布拉格光纤光栅传感特性研究
• 3.4 本章小结
• 4 基于弱反射光纤光栅的高复用度准分布式传感机理
• 4.1 基于弱反射光纤光栅的准分布式传感机理
• 4.2 传感系统复用容量分析
• 4.3 高损耗情况下系统改进方案设计
• 4.4 本章小结
• 5 基于“光波长时域反射”技术的准分布传感系统信息处理技术
• 5.1 “光波长时域反射”技术机理研究及系统设计
• 5.2 准分布式传感系统的波长解调及信号定位技术实现
• 5.3 准分布式传感系统的实验研究
• 5.4 本章小结
• 6 基于低相干复用原理的准分布式传感系统信息处理技术
• 6.1 低相干复用解调技术的基本原理
• 6.2 低相干复用解调技术在准分布式光纤光栅传感系统中的应用
• 6.3 模拟仿真及结果分析
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表论文目录
• 附录 2 攻读硕士学位期期间获批和申请专利