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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

作　者: 路阳
导　师: 孟洲；马丽娜
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 剥层算法时分复用串扰抑制光纤光栅传感
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章引言  11-21
  1.1 光纤光栅传感系统及时分复用技术  11-13
  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  13-18
    1.2.1 串扰成因及分类  13-14
    1.2.2 串扰抑制方法概况  14-17
    1.2.3 剥层算法抑制时分复用串扰研究现状  17-18
  1.3 论文研究内容及意义  18-21
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  21-33
  2.1 偏振无关信号处理技术  21-24
  2.2 响应矩阵求解  24-25
  2.3 剥层算法抑制串扰的理论研究  25-30
  2.4 外差相位解调技术  30-33
第三章实验系统设计及各部分性能  33-40
  3.1 系统结构设计  33-37
    3.1.1 系统结构示意图及工作原理分析  33-34
    3.1.2 系统关键部件及性能要求  34-37
  3.2 实验系统各部分性能参数  37-40
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  40-52
  4.1 相干信号分析  40-42
  4.2 串扰的计算与来源验证  42-44
    4.2.1 串扰的定义与计算  42
    4.2.2 串扰来源验证  42-44
  4.3 剥层算法抑制串扰实验及其结果分析  44-52
    4.3.1 算法简介  44
    4.3.2 剥层算法抑制串扰实验及其结果  44-47
    4.3.3 剥层算法对不同频率和幅度信号的串扰抑制研究  47-50
    4.3.4 系统中偏振器对串扰抑制效果影响的对比研究  50-52
第五章结论及需进一步解决的问题  52-54
  5.1 论文总结  52-53
  5.2 存在的问题及下一步工作展望  53-54
致谢  54-56
参考文献  56-59
作者在学期间取得的学术成果  59

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

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