正交双频光纤激光传感器的高精度解调系统研究

发布时间：2019-12-01 12:59

【摘要】：光纤激光器有很多优点,在光纤传感领域用途广泛。本文针对分布式布拉格反射(DBR)光纤激光器的正交双频光纤激光传感器,提出并设计了高精度的软件数字锁相环解调系统。该软件数字锁相环解调系统用于正交双频光纤激光传感器的加速度测量,实现了高精密的加速度物理量的解调,系统具有高灵敏度、高分辨率和高稳定性等特点,具有较好的应用前景。本论文主要内容如下:(1)制作分布式布拉格反射(DBR)光纤激光器,使用的关键技术为紫外曝光刻写技术。具体步骤包括:通过优化控制193nm的紫外线激光源的曝光强度、扫描时间和扫描速度等参数,利用输出波长为193nm的Ar F准分子激光器结合相位模板在掺铒光纤(EDF)内写入一对波长匹配的具有高反射率的光纤光栅对,其中光纤光栅对构成激光器的腔镜,EDF起到增益介质的作用。理想情况下,如果光纤纤芯是完美的几何圆对称,DBR光纤激光器中正交的两个模式的传播常数完全相等,所以此时的DBR光纤激光器只有一个简并的模式,工作在单偏振激光模式下。但是,实际的光纤纤芯并非完美的几何圆对称,从而引入一定的双折射并支持两个正交的偏振模式。所以实际上DBR光纤激光器是工作在正交偏振的双频模式下。(2)设计并在MATLAB上编写软件数字锁相环解调系统。阐述了数字锁相环中各个功能组成模块的工作原理及其实现的数学算法,主要的组成模块包括数字鉴相器模块、数字环路滤波器模块和数字控制振荡器模块,同时研究了能优化各组成模块性能的数学算法,并在MATLAB中仿真实现各个模块。基于上述研究得到的锁相环模型,研究模拟锁相环与数字锁相环之间的相位传递函数的映射关系,从而得到软件数字锁相环的数学算法,并在MATLAB中编码实现该数学算法来仿真软件数字锁相环。(3)实现正交双频光纤激光加速度传感器的高精度软件数字锁相环解调系统。基于DBR光纤激光器设计了正交双频光纤激光加速度传感器并用于加速度的实验测量。基于上述的软件数字锁相环,设计高精度的调频信号解调系统,并应用于正交双频光纤激光加速度传感器中加速度信号的解调。正交双频光纤激光加速度传感器测量加速度时,DBR光纤激光器输出的拍频信号受外界加速度信号调制为调频(FM)信号。然后,该调频拍频电信号经过下变频模块的处理,转换为中频(IF)信号并被采样成数字信号。该数字化的IF信号经过软件数字锁相环解调系统进行解调,恢复源信号,即源加速度值。经实验验证,该软件数字锁相环解调系统可探测的最小加速度值约为42.2ug,实现了高精度和高分辨率的加速度传感器。
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248;TP212

【参考文献】