光纤光栅信号的高速解调技术研究

发布时间：2021-06-30 17:41

　　布拉格光纤光栅（以下简称光纤光栅）是利用光纤材料的光敏性,通过特殊工艺在光纤纤芯上形成周期性折射率调制的一种光纤无源器件。光纤光栅传感是将被测物理量转化为光纤光栅中心波长的变化,通过信号解调,获得波长随被测量变化的一种传感技术。航天器、飞机等测试传感的现有解调速度低,对高速、多测点光纤光栅传感器解调提出了迫切的需求。在光纤光栅传感系统中,反射光谱的解调技术是决定整个测试过程速度快慢的关键。光纤光栅传感信号的高速解调,关键在于如何快速提取光纤光栅反射波的中心波长。论文主要包括以下几部分内容:一、对国内外光纤光栅传感信号高速解调的发展现状进行了总结。二、介绍了光纤光栅传感原理,在对高速信号解调方法进行分析及对比后,选用基于可调谐窄带光源的高速解调方法展开研究。三、在对比不同窄带激光器的性能后,选用符合光谱调谐范围宽、活动部件少的DBR可调谐激光器进行方案设计,在此基础上进行分电路及嵌入式软件设计。四、研究了DBR激光器输出波长的控制原理,设计了包括FPGA、二次电源、电流源、温控、串口及滤波等多模块于一体的激光器高速控制电路,通过高速D/A转换,实现激光器控制电流的快速调谐。五、进行了激光... 

【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
        1.2.1 光纤光栅传感信号解调技术发展现状
        1.2.2 光纤光栅信号高速解调技术的研究现状
        1.2.3 小结
    1.3 研究目的及意义
    1.4 主要研究内容
2 光纤光栅传感原理及高速解调技术
    2.1 光纤光栅的传感原理
    2.2 光纤光栅传感信号的高速解调方法
        2.2.1 基于滤波的高速信号解调方法
        2.2.2 基于衍射光栅和探测器阵列解调法
        2.2.3 基于可调谐窄带光源的高速解调方法
        2.2.4 基于阵列波导光栅的光纤光栅高速信号解调方法
        2.2.5 其他方法
    2.3 小结
3 基于可调谐激光器的光纤光栅高速解调系统
    3.1 解调系统总体方案
    3.2 光路方案设计
        3.2.1 光路构成及工作原理
        3.2.2 光电子器件
        3.2.3 主要参数估算
    3.3 电路方案设计
        3.3.1 激光器控制电路方案及分析
        3.3.2 光电探测器方案及分析
        3.3.3 信号采集处理电路方案及分析
    3.4 激光器控制软件设计
    3.5 小结
4 可调谐激光器波长的高速控制技术
    4.1 可调谐激光器波长的控制原理
    4.2 电流源与电压源驱动电路的对比和选择
        4.2.1 电流源驱动电路
        4.2.2 电压源驱动电路
        4.2.3 两种驱动电路对比
    4.3 可调谐激光器波长的高速控制电路设计及制作
        4.3.1 二次电源模块
        4.3.2 温控模块
        4.3.3 串口发送和接收模块
        4.3.4 FPGA模块
        4.3.5 PCB设计及制作
    4.4 实验和分析
    4.5 小结
5 激光器输出波长的标定技术研究
    5.1 激光器静态标定
    5.2 可调谐激光器波长动态标定技术
        5.2.1 可调谐激光器动态标定方案
        5.2.2 可调谐激光器波长动态标定分析
        5.2.3 仿真和参数优化
        5.2.4 动态标定实验
        5.2.5 结果及分析
    5.3 小结
6 结论
    6.1 主要工作总结
    6.2 后续工作设想
参考文献
附录 A激光器高速扫描控制代码
攻读博士(硕士)学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于微型光谱仪的光纤压力高速解调技术[J]. 刘彦超,申争光,时兆峰,苑景春,柏楠.  导航定位与授时. 2017(04)
[2]自适应的光纤布拉格光栅图像寻峰算法[J]. 王巧妮,杨远洪.  导航与控制. 2016 (01)
[3]基于频谱分区的高精度光纤光栅波长解调系统[J]. 杨刚,许国良,涂郭结,夏岚.  中国激光. 2015(04)
[4]光纤光栅传感系统的信号解调[J]. 陈志伟,谭中伟,闫俊芳,李睿,沈笑笑.  光电技术应用. 2012(02)
[5]基于FBG实际反射谱匹配的FBG峰值波长偏移量的高精度确定方法[J]. 崔剑,董小鹏,吴兆喜,苏娟,林淦斌,王水生.  中国激光. 2011(07)
[6]光纤光栅高速动态振动信号解调技术的研究[J]. 贾振安,营旭东,乔学光,丁锋.  光电子.激光. 2011(05)
[7]基于光纤布拉格光栅的温度不敏感的倾斜传感器[J]. 倪凯,徐海松,董新永,金永兴.  光学学报. 2010(07)
[8]FBG传感器在复合材料固化监测中的应用[J]. 常新龙,何相勇,周家丹,李明.  传感技术学报. 2010(05)
[9]光纤Bragg光栅流量传感器[J]. 胡玉瑞,唐源宏,李川.  传感技术学报. 2010(04)
[10]光纤F-P腔与FBG复用传感器精确解调方法研究[J]. 张磊,于清旭.  光电子.激光. 2009(08)

博士论文
[1]机电监控中嵌入式系统相关理论及应用研究[D]. 徐成.武汉理工大学 2006

硕士论文
[1]基于可调谐激光器的光纤布拉格光栅传感技术研究[D]. 郭峻.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于AWG的多通道光纤布拉格光栅传感解调系统的研究[D]. 孙杰.天津工业大学 2016
[3]高速光纤光栅传感解调系统设计与实现[D]. 蔡林均.武汉理工大学 2013
[4]波分复用光纤光栅振动传感网络解调系统研究[D]. 朱方东.武汉理工大学 2012
[5]白光非本征光纤法布里—珀罗传感器解调算法的研究[D]. 徐俊山.上海交通大学 2009
[6]光纤F-P及FBG传感器通用解调系统研究与设计[D]. 王军.重庆大学 2006



本文编号：3258193