光纤布拉格光栅传感系统中F-P滤波器控制方法研究

发布时间：2024-05-19 04:55

　　光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器波长解调系统是实现FBG传感功能的核心。目前使用较多的FBG传感器解调方法是可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波器法,这种方法具有解调速度快、解调范围宽、解调精度较高等优点。但是,由于F-P滤波器中的腔长调节元件-锆钛酸铅压电陶瓷(Pb(Zr_1-xTi_x)O₃,PZT)具有伸长量随温度漂移以及迟滞和蠕变等非线性特性,使F-P滤波器输出波长随时间非线性变化,带来波长解调误差大、传感检测精度低的问题。针对上述问题,本文从研究F-P滤波器中的PZT迟滞和蠕变特性入手,提出了一种基于热标准具与PZT迟滞和蠕变补偿控制的F-P滤波器解调法。研究了F-P滤波器中PZT迟滞和蠕变补偿的驱动电压控制方案,通过控制F-P滤波器的驱动电压随时间非线性改变,使宽带光源经过F-P滤波器输出的波长能随时间等间隔变化,获得随时间线性变化的标准具透射谱峰值波长,作为波长标尺的“刻度线”,为解调传感光栅的波长提供精确的波长基准。通过设计PZT迟滞和蠕变补偿的驱动电压控制方案,搭...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 光纤光栅概述
    1.3 FBG传感器解调方法
    1.4 F-P滤波器概述
    1.5 FBG传感与F-P滤波器解调研究进展
    1.6 研究内容与主要工作
第二章 FBG传感器和F-P滤波器的原理与特性
    2.1 光纤布拉格光栅(FBG)传感器原理
        2.1.1 光纤布拉格光栅耦合模理论
        2.1.2 光纤布拉格光栅对温度和应变的传感
    2.2 Fabry-Perot滤波器工作原理
    2.3 F-P滤波器中PZT特性
        2.3.1 压电陶瓷工作原理
        2.3.2 压电陶瓷的迟滞特性
        2.3.3 压电陶瓷的蠕变特性
    2.4 本章小结
第三章 FBG传感系统设计
    3.1 基于标准具的F-P滤波器解调方案及原理
    3.2 F-P滤波器解调系统关键器件
        3.2.1 ASE光源
        3.2.2 F-P滤波器
        3.2.3 标准具
        3.2.4 FBG传感器
        3.2.5 数据采集卡
    3.3 本章小结
第四章 F-P滤波器驱动电压控制方案
    4.1 FBG传感器波长解调方法及其误差
    4.2 F-P滤波器控制方法
        4.2.1 F-P滤波器中PZT的蠕变补偿
        4.2.2 F-P滤波器中PZT的迟滞补偿
    4.3 F-P滤波器温度漂移的电压控制
    4.4 系统软件设计
        4.4.1 拟合寻峰方案
        4.4.2 温度敏感光栅的温度测量程序
        4.4.3 驱动电压控制程序
    4.5 本章小结
第五章 实验结果与误差分析
    5.1 补偿控制前后的波长输出实验结果
    5.2 温度测量的实验结果
    5.3 误差分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及参加科研项目情况



本文编号：3977626