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基于FBG传感信号解调技术的研究

作　者: 王庆华
导　师: 张颖
学　校: 燕山大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 光纤布喇格光栅动态解调匹配滤波压电陶瓷可调谐Fabry-Perot滤波器
分类号: TP202
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 3次
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内容摘要

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。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,对几种解调技术进行了深入的理论和实验研究。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优缺点。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。给出了FBG匹配滤波动态解调方案的数学模型并对其进行了仿真研究;实验研究了两种解调方案:一是应用压电陶瓷控制调制FBG进行信号解调;二是应用可调谐F-P滤波器对传感FBG进行信号解调,进一步验证了所给出的数学模型的正确性,并对实验中出现的问题进行了深入的分析研究。最后,设计了基于MCS-51单片机控制的FBG传感器信号解调系统,对系统中所应用的两种匹配光栅扫描装置进行了深入的实验研究:一是压电陶瓷扫描,二是步进电机推动悬臂梁扫描。实现了扫描信号值的LED显示,并获得了6.7 pm/V和1 pm/步的静态测量灵敏度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-24
  1.1 光纤光栅介绍  11-12
  1.2 光纤光栅传感器在国内外的发展状况  12
  1.3 光纤布喇格光栅传感信号解调技术  12-23
    1.3.1 匹配滤波技术  13-15
    1.3.2 基于干涉的检测技术  15-18
    1.3.3 可调窄带光源检测技术  18-19
    1.3.4 有源检测技术  19-21
    1.3.5 基于其它类型光纤光栅的解调技术  21-23
  1.4 课题研究的主要内容  23-24
第2章光纤光栅传感器原理  24-34
  2.1 光纤光栅传感理论  24-31
    2.1.1 耦合模理论  24-29
    2.1.2 传输矩阵分析法  29-30
    2.1.3 傅立叶变换分析法  30-31
  2.2 FBG 传感原理  31-33
    2.2.1 应变传感器原理  31
    2.2.2 压力传感器原理  31-32
    2.2.3 温度传感器原理  32-33
  2.3 本章小结  33-34
第3章光纤布喇格光栅传感动态解调技术研究  34-51
  3.1 匹配光栅解调方案  34-46
    3.1.1 测量原理的数学建模及仿真  36-40
    3.1.2 压电陶瓷调制装置特性分析  40-43
    3.1.3 实验结果分析  43-46
  3.2 F-P 滤波扫描解调方案  46-50
  3.3 结论  50
  3.4 本章小结  50-51
第4章光纤布喇格光栅传感解调系统设计  51-74
  4.1 解调电路器件介绍及选择  52-60
    4.1.1 PIN 光电二极管的介绍及选择  52-56
    4.1.2 模数转换芯片  56-58
    4.1.3 单片机驱动的串口显示系统  58-60
  4.2 扫描装置及其实验分析  60-66
    4.2.1 信号发生器8038  60-62
    4.2.2 压电陶瓷扫描装置  62-64
    4.2.3 步进电机扫描装置  64-66
  4.3 单片机解调系统设计  66-73
    4.3.1 外围电路  66-69
    4.3.2 工作原理  69-71
    4.3.3 实验数据分析  71-73
  4.4 本章小结  73-74
结论  74-76
附录  76-77
参考文献  77-83
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  83-84
致谢  84-85
作者简介  85

基于FBG传感信号解调技术的研究

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