新型光纤光栅传感复用系统的研究

论文摘要

光纤光栅是一种新型的光子器件,它是通过在光纤中建立起一种空间周期性的折射率分布,来改变和控制光在光纤中的传播行为。它也是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光纤光栅与光纤之间存在天然的兼容性,它不仅具有易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高等特点,而且作为传感元件,它具有其它传感器无可比拟的优点,即感应的信息用波长编码,而波长这个绝对参量不受光源功率的波动、连接或耦合损耗的影响。另外,光纤光栅传感还可以通过复用构成传感网络,即在一根光纤中可以连续写入或串接多个光纤光栅构成光纤光栅传感阵列,这是光纤光栅传感器独有的技术,也是降低光纤光栅传感系统成本,实现多点、分布式传感的重要途径。因此,光纤光栅传感器的复用技术引起了世界各国有关研究者的广泛关注和极大的兴趣。本论文以光纤光栅为研究对象,对其传感技术和解调技术进行了探讨,并着重分析研究了光纤光栅传感的复用技术。主要内容和创新点有:1.概括介绍了光纤光栅传感技术和光纤光栅传感复用技术的发展及现状。介绍了PETRI NET理论和排队论的原理,并分析了传统空分/波分光纤光栅传感复用技术的不足。2.提出基于高双折射光纤环镜和F-P滤波器的智能化光纤光栅传感复用系统,该系统只对波长变化的传感通路进行扫描解调,并可根据各传感通路的优先权、信息等待时间和和信号变化大小等综合设定扫描解调顺序。3.提出基于InGaAs阵列和F-P滤波器的智能化复用系统,该系统只对感测到被测量变化的传感器进行扫描解调,并可根据每一个传感器的优先权、信息等待时间和信号变化大小等灵活设定扫描解调顺序,平均解调速度也得到提高。4.首次提出了光纤光栅传感“信息采集参数”的概念,通过将优先权、信息等待时间和和信号变化大小等信息综合到“信息采集参数”的概念中来,使得光纤光栅传感复用系统可根据信息采集参数灵活设定信息采集次序。5.提出了具有远程监控功能的光纤光栅传感复用系统,该系统不仅可以通过光纤光栅感测被测量变化,而且可以根据感测到的传感信息通过光纤控制通

论文目录

• 第一章 绪论
• 第一节 光纤光栅传感概述
• 1.1.1 光纤光栅的发展历史
• 1.1.2 光纤光栅的分类及分析方法
• 第二节 光纤光栅传感解调技术
• 1.2.1 动态解调方案
• 1.2.2 静态解调方法
• 第三节 光纤光栅传感复用技术
• 1.3.1 波分复用技术
• 1.3.2 时分复用技术
• 1.3.3 空分复用技术
• 1.3.4 混合复用技术及其不足
• 第四节 光纤光栅传感复用解调技术国内外研究现状及发展前景
• 第五节 本论文研究的主要内容及创新点
• 1.5.1 题目来源及选题
• 1.5.2 本论文研究的主要内容及创新点
• 第二章 PETRI NET 理论及排队论简介
• 第一节 PETRI NET 理论
• 2.1.1 PETRI NET 的基本概念
• 2.1.2 基本PETRI NET 的设计方法
• 2.1.3 基本PETRI NET 的分析方法
• 第二节 排队论
• 2.2.1 排队论系统的组成
• 2.2.2 排队系统的表示方法
• 2.2.3 排队论系统的主要指标
• 本章小结
• 第三章 基于 HiBi FLM 和 F-P 滤波器的光纤光栅传感系统研究
• 第一节 系统的工作原理
• 第二节 系统理论分析与讨论
• 3.2.1 系统PETRI NET 图
• 3.2.2 系统等待时间的理论分析
• 3.2.3 信息采集参数
• 第三节 系统组成
• 3.3.1 可调谐F-P 滤波器解调装置
• 3.3.2 高双折射光纤环镜监测部分
• 3.3.3 宽带光源
• 3.3.4 光接收部分
• 3.3.5 AD 转换部分
• 3.3.6 计算机软件系统
• 3.3.7 计算机接口
• 3.3.8 系统波长分辨率
• 第四节 试验结果
• 3.4.1 系统等待时间VS 信号强度
• 3.4.2 系统等待时间VS 系统规模
• 3.4.3 系统等待时间VS 系统解调设备规模理论分析
• 3.4.4 多解调系统的PETRI NET 图
• 3.4.5 系统性能分析
• 第五节 试验结果分析
• 本章小结
• 第四章 基于 InGaAs 阵列和 F-P 滤波器的光纤光栅传感系统研究
• 第一节 系统的工作原理
• 第二节 系统理论分析与讨论
• 4.2.1 系统PETRI NET 图
• 4.2.2 系统性能分析
• 4.2.3 信息采集规则
• 4.2.4 平均等待时间分析
• 第三节 系统组成
• 4.3.1 InGaAs 阵列解调模块
• 4.3.2 InGaAs 阵列解调模块的校验
• 4.3.3 可调谐F-P 滤波器驱动
• 4.3.4 宽带光源、光开关和A/D 采集卡等
• 4.3.5 系统灵敏度
• 第四节 试验结果
• 第五节 结果分析
• 本章小结
• 第五章 具有远程监控功能的光栅传感系统
• 第一节 系统的工作原理
• 第二节 系统组成
• 5.2.1 光纤光栅型OADM
• 5.2.2 可调谐F-P 滤波器部分
• 5.2.3 执行机构部分
• 5.2.4 光开关控制部分
• 5.2.5 宽带光源、光电转换和A/D 采集部分
• 第三节 系统理论分析与讨论
• 5.3.1 系统无中继控制距离分析
• 5.3.2 系统复用数目分析
• 第四节 试验结果
• 5.4.1 系统实用性
• 5.4.2 结果分析
• 本章小结
• 第六章 工程化 GCW 系列光纤光栅传感网络系统
• 第一节系统概述
• 第二节 系统的工作原理
• 6.2.1 传感解调系统原理
• 6.2.2 计算机软件系统原理
• 6.2.3 实用化光纤光栅传感器
• 第三节 系统定标
• 6.3.1 FBG 传感器标定
• 6.3.2 系统性能
• 第四节 误差分析
• 6.4.1 系统误差
• 6.4.2 系统漂移误差
• 6.4.3 系统随机误差
• 6.4.4 误差校正
• 第五节 可靠性预计
• 6.5.1 系统构成
• 6.5.2 可靠性指标预计
• 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果