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基于波分复用的双通道FBG动态测量技术研究

作　者: 梁潇
导　师: 荆振国
学　校: 大连理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 光纤布拉格光栅 双通道复用 相位生成载波 粗波分复用 动态解调
分类号: TN929.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 28次
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内容摘要


随着科技水平的不断发展,各种大型工程、机械结构等对人类生活的影响越来越大,对上述情况的实时振动监测和状态分析显得尤为重要。以往传统的基于电原理的振动传感器在灵敏度、测量精度、测量动态范围和抗电磁干扰等方面表现出不足,已经不能完全适应实际测量的需要。通过对受到调制的反射波长的动态解调,光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Gratings, FBG)可以实现对振动参量的精确测量。FBG振动传感器在多点测量的情况下,可以通过波分复用技术结成网络,实现复用,降低整个系统的成本,减小系统体积。FBG振动传感技术具有高测量精度、抗电磁干扰、体积小和易复用等优点,已成为振动传感技术研究领域的热点。本文主要围绕基于波分复用技术的双通道FBG动态测量技术进行了理论分析和实验研究,主要内容如下：(1)综述了光纤光栅的发展情况和光纤光栅传感器的发展及其在各个领域中的应用,以及光纤光栅传感应用中的解调技术和复用技术概况。(2)通过对FBG温度和应力敏感机制的研究,分析了温度、应力以及温度应力交叉敏感对FBG的影响。本论文选择了非平衡Michelson干涉仪解调方法,基于PGC解调技术实现FBG动态波长信号的解调。在此基础上,结合波分复用技术,通过双通道测量来消除温度漂移和电路噪声等影响振动测量的因素。(3)在理论分析的基础上,搭建了基于波分复用的双通道FBG动态测量实验系统,并对实验系统的单通道和双通道的各项性能进行了实验测试,验证了参考通道方式对消除温度漂移和电路噪声因素的有效性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-18
  1.1 引言  8
  1.2 光纤光栅发展现状  8-9
  1.3 光纤光栅传感器的发展  9-10
  1.4 光纤光栅在传感领域中的应用  10
    1.4.1 在电力系统中的应用  10
    1.4.2 在石油化工工业中的应用  10
    1.4.3 在土木工程中的应用  10
  1.5 光纤光栅传感器的解调技术  10-14
    1.5.1 光谱分析法  11
    1.5.2 可调谐光纤光栅滤波器法  11-12
    1.5.3 可调谐光源检测法  12-13
    1.5.4 可调谐法布里-珀罗滤波器法  13-14
    1.5.5 非平衡Mach-Zehnder干涉仪检测法  14
  1.6 光纤光栅传感器的复用技术  14-17
    1.6.1 波分复用系统(WDM)  15
    1.6.2 空分复用系统(SDM)  15-16
    1.6.3 时分复用系统(TDM)  16-17
  1.7 本文主要研究内容  17-18
2 光纤光栅传感机理和解调复用技术  18-27
  2.1 光纤布拉格光栅的传感机理  18-21
    2.1.1 光纤布拉格光栅的温度传感特性  18-19
    2.1.2 光纤布拉格光栅的应力传感特性  19-20
    2.1.3 光纤布拉格光栅的温度和应力交叉传感特性  20-21
  2.2 非平衡Michelson干涉仪动态解调系统  21-23
  2.3 基于非平衡Michelson干涉仪解调技术的研究  23-26
    2.3.1 基于ARCTAN计算的PGC动态解调原理  23-25
    2.3.2 相位生成载波(PGC)解调中载波幅度的影响  25
    2.3.3 双通道复用与非平衡干涉仪温度、噪声等引起的相位漂移的补偿.  25-26
  2.4 本章小结  26-27
3 基于粗波分复用的光纤光栅动态解调系统  27-41
  3.1 实验系统结构  27
  3.2 实验系统元件  27-36
    3.2.1 ASE光源  27-28
    3.2.2 粗波分复用(CWDM)器  28-31
    3.2.3 压电陶瓷(PZT)及压电陶瓷(PZT)驱动电源  31-33
    3.2.4 PZT驱动电压和FBG中心波长漂移关系的计算  33-35
    3.2.5 数据采集卡(DAQ)  35-36
  3.3 PGC解调算法的LabVIEW程序实现  36-37
  3.4 非平衡Michelson干涉仪臂长差的计算  37-40
  3.5 本章小结  40-41
4 基于粗波分复用的光纤光栅动态解调实验研究  41-52
  4.1 单通道实验信号采集与分析  41-44
  4.2 双通道实验信号采集与分析  44-51
  4.3 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-56
附录A 附录内容名称  56-57
致谢  57-58

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信 > 光纤通信
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