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干涉型光纤传感器低频信号检测技术研究

作　者: 叶欣
导　师: 胡永明；罗洪
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 光纤传感器相位噪声低频信号检测参考干涉仪降噪
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

干涉型光纤传感器由于其高灵敏度的特点,而被认为是最具应用前景的光纤传感器之一。然而随着干涉型光纤传感器工作频段不断向低频、甚低频段延伸,传感系统低频本底噪声及环境低频干扰严重影响了系统对低频信号的检测。针对这一问题,本文对降低系统低频本底噪声,减小环境干扰,实现低频信号的有效检测展开分析研究。首先对干涉型光纤传感系统的本底噪声进行理论分析。在结合PGC调制解调重点讨论系统低频光学噪声的同时,还分析了温度等环境因素对干涉系统相位检测的影响。通过噪声分析,明确了影响系统低频信号检测的主要低频噪声及环境干扰。介绍了两种降低光源相位噪声的方案,并着重对参考干涉仪PGC调制解调方案进行了讨论。特别分析了该方案在实际低频应用中降噪效果受限的问题,提出了相应的改进措施。采用改进的参考干涉仪降噪方案,设计和制作了适用于低频信号检测的光纤加速度传感器。系统噪声测试表明:方案改进后,在300Hz以下频段,参考干涉仪方案降噪效果显著提高,系统低频相位噪声下降约8dB,噪声峰值下降约12dB。低频信号检测实验表明:2Hz～5Hz低频信号得到有效检测;本文设计制作的光纤加速度传感器在2Hz～200Hz频段具有平坦的加速度频响曲线,其加速度灵敏度约为178rad/g。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-20
  1.1 干涉型光纤传感技术研究现状及发展趋势  11-12
  1.2 干涉型光纤传感器信号检测技术低频分析  12-16
  1.3 干涉型光纤传感器消偏振衰落技术低频分析  16-18
  1.4 课题研究内容及意义  18-20
第二章干涉型光纤传感系统低频噪声分析  20-34
  2.1 干涉型光纤传感系统的本底噪声  20-21
  2.2 系统的低频光学噪声  21-30
    2.2.1 光源强度噪声的产生及影响  21-26
    2.2.2 偏振噪声的产生及影响  26-28
    2.2.3 光源相位噪声的产生及影响  28-30
  2.3 环境因素对干涉系统相位检测的影响  30-32
    2.3.1 环境温度对干涉系统的影响  30-31
    2.3.2 其他环境因素对系统的影响  31-32
  2.4 本章小结  32-34
第三章低频降噪方案及仿真分析  34-47
  3.1 基于平衡干涉仪3×3 解调的降噪方案  34-39
    3.1.1 平衡干涉仪3×3 解调降噪方案的理论分析  34-35
    3.1.2 3×3 耦合器相移不对称的影响及克服  35-39
  3.2 基于参考干涉仪PGC 调制解调的降噪方案  39-46
    3.2.1 参考干涉仪PGC 调制解调降噪方案的理论分析  39-41
    3.2.2 参考干涉仪方案在低频信号检测中存在的问题  41-43
    3.2.3 参考干涉仪PGC 调制解调方案的改进  43-46
  3.3 本章小结  46-47
第四章干涉型光纤传感器低频信号检测系统实验研究  47-65
  4.1 基于参考干涉仪降噪的光纤加速度传感器设计与制作  47-54
    4.1.1 光纤加速度传感器基本原理  47-50
    4.1.2 基于参考干涉仪降噪方案的传感器设计  50-51
    4.1.3 加速度传感器的制作及封装  51-52
    4.1.4 参考干涉仪本底噪声及对加速度信号的响应测试  52-54
  4.2 系统的噪声测试与分析  54-58
    4.2.1 系统电路噪声的测试  54-55
    4.2.2 光源噪声的测试  55-57
    4.2.3 系统低频相位噪声测试  57-58
  4.3 光纤加速度传感器低频信号检测实验  58-64
    4.3.1 实验方案的设计  58-59
    4.3.2 对低频振动信号的检测实验  59-63
    4.3.3 光纤传感器加速度相位灵敏度及频响测试  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章结论与展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
作者在学期间取得的学术成果  70

干涉型光纤传感器低频信号检测技术研究

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