基于混沌激光的弱反射光纤光栅传感及解调实验研究

发布时间：2017-03-27 19:19

  本文关键词：基于混沌激光的弱反射光纤光栅传感及解调实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光纤传感因其具有良好的传输和传感特性,广泛应用于电力工业、航空航天、化工环境、生物医学、智能结构、军事等领域。基于后向散射的分布式光纤传感系统具有安装简单、趋势态监测方便等优势;以光纤光栅为传感元的准分布式光纤传感系统具有单点测量精准、易于组网、价格低等优势在工业检测系统中具有广阔的应用前景。对比分布式光纤传感系统,准分布式光纤传感系统具有更高的分辨率和信噪比,在光纤传感实际应用中具有更高的价值,但是光纤光栅传感系统的复用能力、分辨率和解调难度一直限制着光纤光栅的集成化网络应用。为了提高准分布式光纤光栅传感系统中复用能力和传感元的空间分辨率,本文利用混沌激光高带宽、时域类噪声、相关曲线类delta等特性,提出了一种基于混沌光纤激光和全同弱反射光栅的高精度准分布式光纤传感系统方案,并在此基础上提出了一种新的光栅传感信息解调方法。采用这种新的传感系统和解调方案,在降低成本和解调难度的同时,传感系统的精度和复用能力获得同步的提高。本论文主要完成的工作如下:(1)在简单介绍光纤传感系统工作原理的基础上,综述光纤传感类型和研究现状。基于光纤光栅耦合模理论,介绍光纤光栅传感器的应用领域,分析了当前光栅传感系统中光栅复用方案和解调技术的发展现状以及存在的问题。(2)针对目前传感系统中存在的传感精度和复用能力不高、解调成本高的问题,在介绍混沌光纤激光的产生和发展,在保密通信、激光测距等方面应用的基础上,提出混沌激光实现准分布式光纤布拉格光栅传感方案。根据该传感系统的特点,重点推导了光纤传感方案中提高系统复用能力和精度的原理,使用MATLAB软件对系统的复用能力和解调方法进行了模拟研究,当光栅的反射率为0.001%,复用能力可以达到700,模拟的结果和理论推导结论吻合,证明了该传感系统可行。(3)实验搭建了基于混沌激光实现弱反射光纤光栅应变传感系统,并进行了单光栅应变的实验研究。在该方案中,环形腔光纤激光器产生的混沌光纤激光被耦合器分成90:10两部分,10%的光被光电探测器接收作为参考光信号,90%的光经光纤环形器进入光纤光栅,光栅反射回来的信号光由光电探测器接收,通过对两路信号进行互相关运算,光栅的应变信息和精确定位可以通过互相关峰的幅值和时延同步获得,实验过程操作简单,实验中应变测量精度为12u?,应变灵敏度为1.21pm/u?。(4)实验搭建了由多个全同弱反射光纤栅组成的光栅串传感实验装置,光栅串上刻录着5个间隔为10cm、反射率为10%的光纤光栅,对应变信息进行多点同步测量。在时域上采集一次参考信号和传感信号做互相关运算,就能同步解调所有的光栅波长信息,波长域的测量转化为时域的测量,传感成本和解调的难度都极大的降低。传感网络多点同步检测已经实现,应变测量精度达到14u?,空间分辨率达到7mm。
【关键词】：准分布式传感网络 弱反射光纤光栅 混沌激光 应变测量
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题研究的目的及意义10-11
• 1.2 光纤传感技术的分类和研究现状11-16
• 1.2.1 分布式光纤传感11-14
• 1.2.2 准分布式光纤传感14-16
• 1.3 光纤光栅传感器的应用16-19
• 1.3.1 光纤光栅传感器的原理16
• 1.3.2 光纤光栅传感器的分类16-19
• 1.4 论文主要的研究内容及章节安排19-22
• 第二章 混沌激光光纤光栅传感系统特性研究22-36
• 2.1 混沌光纤激光的应用22-24
• 2.1.1 混沌激光研究现状22
• 2.1.2 混沌激光的应用22-24
• 2.2 光纤光栅传感器特性研究24-32
• 2.2.1 光纤光栅传感系统解调技术24-30
• 2.2.2 光纤光栅传感系统复用方法30-32
• 2.3 基于混沌激光弱反射光纤光栅传感器32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 混沌弱反射光纤光栅传感系统原理分析36-44
• 3.1 基于混沌激光光纤光栅解调方法分析36-39
• 3.1.1 弱反射光纤光栅解调原理36-38
• 3.1.2 解调方法仿真研究38-39
• 3.2 弱反射光栅传感系统复用能力分析39-42
• 3.2.1 复用能力原理分析39-41
• 3.2.2 复用能力仿真研究41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 混沌弱反射光纤光栅传感系统实验研究44-52
• 4.1 混沌光准分布式弱反射光纤光栅传感装置44-45
• 4.2 混沌光准分布式弱反射单光纤光栅传感实验研究45-47
• 4.3 混沌光准分布式弱反射光纤光栅串传感实验研究47-50
• 4.4 传感系统空间分辨率分析50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 总结与展望52-54
• 5.1 总结52-53
• 5.2 展望53-54
• 参考文献54-60
• 致谢60-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文62

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3 陶s，

本文编号：270945