MZ型光纤振动探测系统的研究

论文摘要

基于光干涉理论,利用光缆中心管中的两根单模光纤分别作为Mach-Zehnder（MZ）光纤干涉仪的两个臂,构建了一种用于周界检测的光纤振动传感器。该传感器利用半导体激光器的可调制特性和线性调制外差干涉技术,实现了对光缆人为干涉信号的检测。它是完全不同于传统MZ光纤干涉仪结构的变形应用,在设计思想上具有新颖性。文中分析了所研制的MZ型光纤振动传感器的基本原理和组成,并对干涉信号如何产生进行了理论分析。完成了MZ型光纤振动传感器的激光驱动电路设计和制作,在进行电路板的调试后,进行了光路系统的熔接和元件的固定、封装,进而完成了MZ型光纤振动传感器研制,并搭建了探测系统实验平台。实验系统利用数字存储示波器,对有无扰动和有不同扰动下的干涉波形进行存储,利用LabVIEW软件和PCI6024E采集卡的有效结合,以及编制的简易在线采集程序,实现了计算机对有、无扰动的在线监测试验。通过对实验结果的时域观测和频域信号图像的对比分析,由MZ型光纤振动传感器构成的探测系统,达到了设计的要求,验证了其在安全防范领域中应用的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 光纤传感技术在安防领域中的应用
• 1.2 光纤干涉仪
• 1.3 干涉型光纤振动传感器
• 1.4 课题的主要研究内容
• 1.5 课题的来源及意义
• 2 干涉理论分析
• 2.1 光干涉测量原理
• 2.2 MZ光纤干涉仪的工作原理
• 2.3 半导体激光干涉技术简介
• 3 半导体激光器
• 3.1 LD的工作原理
• 3.2 可调谐半导体激光器的调谐机理
• 3.3 LD的调制原理
• 3.4 线性调制 LD干涉原理
• 4 MZ型光纤振动传感器
• 4.1 基本原理分析
• 4.2 探测系统设计
• 4.3 安防周界检测应用设想
• 5 MZ型光纤振动传感器的研制
• 5.1 传感光缆与光纤光电器件的选择
• 5.1.1 传感光缆的选择
• 5.1.2 光纤耦合器的选择
• 5.1.3 光电器件的选择
• 5.2 MZ型光纤振动传感器的电路设计
• 5.2.1 LD驱动电路设计
• 5.2.2 光电探测电路设计
• 5.3 MZ型光纤振动传感器的制作
• 5.3.1 电路部分的制作
• 5.3.2 光路部分的制作
• 6 实验及结果分析
• 6.1 实验方案设计
• 6.2 实验及实验结果
• 6.2.1 时域观察
• 6.2.2 频域观察
• 6.3 软件实现在线采集
• 6.3.1 LabVIEW简介
• 6.3.2 数据采集卡简介
• 6.3.3 LabVIEW安装和配置PCI6024E数据采集卡
• 6.3.4 DAQ编程
• 6.3.5 软件采集试验
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果