基于剥层算法的Fabry-Perot腔光纤光栅传感系统时分复用串扰抑制技术

论文摘要

随着光纤光栅和光纤传感技术的发展,基于光纤光栅的大规模光纤传感系统成为光纤传感领域的研究热点,并有着广阔的应用前景。时分复用是构建大规模光纤传感阵列最基本有效的复用技术之一,然而时分复用串扰使光纤传感系统噪声提高、复用数目受限,成为严重影响光纤传感系统检测灵敏度和阵列规模的重要因素。本文研究了基于剥层算法的Fabry-Perot腔光纤光栅传感系统时分复用串扰抑制技术。理论分析了剥层算法抑制时分复用串扰的机理,研究了相关的关键技术,如偏振无关信号处理技术,响应矩阵求解算法等,并根据响应矩阵的特点,设计了基于光学外差解调技术的响应矩阵求解方法。根据剥层算法抑制串扰的原理,设计并搭建了基于F-P腔的光纤光栅传感时分复用系统,创新地提出采用偏振器代替偏振切换器,利用剥层算法实现了两路时分复用光信号的信号解调和串扰抑制。实验结果表明,剥层算法可以有效地抑制Fabry-Perot腔光纤光栅传感系统中的时分复用串扰。对频率为1kHz,幅度为0.5rad的信号,剥层算法可以将信号串扰降低12dB。频率范围在630Hz到2kHz之间,幅度范围从0.25rad到1.6rad之间的信号,剥层算法对其产生的串扰均有一定的抑制效果。论文的研究为抑制时分复用串扰,推动光纤光栅传感系统向大规模阵列化发展奠定了技术基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 光纤光栅传感系统及时分复用技术
• 1.2 Fabry-Perot 腔光纤光栅传感系统时分复用串扰及其抑制技术
• 1.2.1 串扰成因及分类
• 1.2.2 串扰抑制方法概况
• 1.2.3 剥层算法抑制时分复用串扰研究现状
• 1.3 论文研究内容及意义
• 第二章 剥层算法抑制光纤光栅传感系统时分复用串扰的理论研究
• 2.1 偏振无关信号处理技术
• 2.2 响应矩阵求解
• 2.3 剥层算法抑制串扰的理论研究
• 2.4 外差相位解调技术
• 第三章 实验系统设计及各部分性能
• 3.1 系统结构设计
• 3.1.1 系统结构示意图及工作原理分析
• 3.1.2 系统关键部件及性能要求
• 3.2 实验系统各部分性能参数
• 第四章 剥层算法抑制 Fabry-Perot 腔光纤光栅传感系统时分复用串扰实验研究
• 4.1 相干信号分析
• 4.2 串扰的计算与来源验证
• 4.2.1 串扰的定义与计算
• 4.2.2 串扰来源验证
• 4.3 剥层算法抑制串扰实验及其结果分析
• 4.3.1 算法简介
• 4.3.2 剥层算法抑制串扰实验及其结果
• 4.3.3 剥层算法对不同频率和幅度信号的串扰抑制研究
• 4.3.4 系统中偏振器对串扰抑制效果影响的对比研究
• 第五章 结论及需进一步解决的问题
• 5.1 论文总结
• 5.2 存在的问题及下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果