基于宽带光源和激光光源的温度测量系统研究

发布时间：2020-06-06 04:14

【摘要】：随着工业生产中测温环境的日益复杂,对于温度检测系统的性能指标要求越来越高;尤其是在强的干扰环境中,要求测温系统具有很强的稳定性和高的响应度。基于布拉格光栅(FBG)的温度传感系统,因其独特的优点被广泛运用在工程领域中。同时随着高性能光纤激光器的研发,将其和FBG传感系统相结合,可以实现高灵敏、高响应、多用途的温度测量需求。FBG传感系统中光源的选择对于实现高质量的波长信号解调是非常重要。本文基于掺铒光纤放大器(EDFA)的原理和激光的产生机制分别设计了宽带光源和激光光源。将这两种不同光源作为实验解调光源,然后利用FBG作为温度传感器件、可调法布里-珀罗(F-P)滤波器作为滤波器件分别搭建了两套不同性能的温度检测系统。基于可调F-P腔温度测量的实验采用匹配滤波的波长检测方法,采用数字寻峰的数据处理方法,以FBG的反射波长和F-P滤波器的透射波长重合时光功率计读数最大时刻作为温度参考点,实现了对于传感FBG波长的精确解调。基于可调铒纤激光器温度测量系统采用触发检测的数据处理方法,以可调F-P滤波器和光环行器构成的可调反射腔镜对FBG进行扫描,满足激光器的阈值条件作为温度标定点,实现了对传感FBG波长的高速解调。最后为了对比两套温度测温系统对于FBG波长解调的速度和系统稳定性问题,采用高频的锯齿波扫描的方法得到了温度参考点的时域图片。通过对其上升沿的对比,证明了可调铒纤激光器的测温系统具有很高的响应度。同时表现出了系统稳定性强,对实验器件性能要求低的优点。
【图文】：

由（1-1）可知 F-P 干涉仪可以选择对入射光角度调制的方法，或者调节反射镜 1 和反射镜 2 之间腔长的方法，再或者选择对腔间折射率调制方式，来实现滤波目的。由于角度调整和折射率调整时候器件结构的稳定性难以控制，一般很少选择。实验室使用的F-P 波器通常采腔长调制的方法，因为此种方法简单易于实现。通过采用高精度的位移驱动器改变平行反射腔镜的腔长，来实现波长选择。

图 1-2 介质薄膜干涉滤波器调谐结构图声光可调谐滤波器的工作原理是利用一个偏光器和检偏器保持正交状态，在它们之间水平放置一个模式转换器，以此来实现相位的匹配和偏振态的改变。如图 1-3 为声光可调滤波器原理结构图，，入射光波与声波发生相互作用，经过模式转换器后满足相位匹配条件的光波会实现模式的转变，不满足相位匹配条件的光被选择出来，而被选择出来的光波长由声波和光波波矢共同决定，从而实现了特定波长选择的目的。其中输出波矢λΩ的相位需要满足相位匹配条件[17]：K 声波 = K 输出 K输入 （1-2）其中K输出为与表面声波作用后的光波输出波矢，K输入为输入波矢。表面声波的频率与相位匹配的光波波长之间的表达式如下：/a aλ = Δ nV F（1-3）其中 Va 为表面声波的声速， n 为双折射介质的折射率之差。
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212;TN248

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本文编号：2699147