基于级联长周期光纤光栅的分布式FBG解调系统研究

发布时间：2017-06-23 16:07

  本文关键词：基于级联长周期光纤光栅的分布式FBG解调系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光纤布拉格光栅(FBG)传感器是一个人们关注的热点,因为它对于应变、温度等物理量的敏感性,被普遍地运用到了许多领域。由于它能够对光波进行波长编码的特点,所以波长技术解调是对其进行检测分析的最主要的途径。级联长周期光纤光栅(CLPG)因为其谱型丰富且易于调节的特点,被广泛用作各种滤波器等其他器件。课题基于级联长周期光纤光栅的光谱特性将其作为边缘滤波器,实现了对分布式光纤布拉格光栅传感信号的解调,从而测量出轴向应变的变化。本文进行的研究工作,主要包括以下几点:(1)详细地介绍光纤光栅传感技术的发展与分类,对光纤光栅解调技术和复用技术作了详细的叙述。对近些年来级联长周期光纤光栅在各个方面应用领域的研究现状进行了详细地介绍。通过耦合模理论分析了光波在波导中的传播情况。通过麦克斯韦方程对耦合模方程进行推导,得出光纤光栅布拉格条件以及反射率公式。(2)对光纤光栅的理论分析方法进行了详细地阐述,重点介绍了耦合模理论、传输矩阵法和傅里叶变换法。用Opti Grating仿真软件对长周期光纤光栅的透射谱进行了仿真,并通过改变光栅周期、光栅长度、折射率调制深度、包层折射率几方面的参数分析其对长周期光纤光栅透射谱的影响规律。(3)介绍了级联长周期光纤光栅的模式理论及级联长周期光纤光栅透射谱公式的求解方法,使用Matlab对级联长周期光纤光栅的透射谱进行了仿真,并通过改变光栅之间的级联距离、相移量及级联光纤相对位置分析其对级联长周期光纤光栅透射谱特性的影响规律。可以看出通过调整级联距离、相移量及级联光纤相对位置等方法能够灵活控制级联长周期光纤光栅的输出光谱,为级联长周期光纤光栅的应用提供了一定的理论指导。(4)对基于级联长周期光纤光栅的分布式FBG解调系统做了详细的研究,在传统的基于长周期光纤光栅边缘滤波解调技术的基础上,提出了基于级联长周期光纤光栅的分布式FBG解调技术。该解调技术是利用级联长周期光纤光栅透射谱的多个线性区作为边缘滤波器,同时使用了一个多通道的带通滤波器,实现了对轴向应变的传感。对于采用波分复用技术的分布式传感系统,该解调技术有效的提高了采样速率和检测精确度。
【关键词】：光纤布拉格光栅 级联长周期光纤光栅 边缘滤波 波分复用 分布式传感
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN763;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 引言8
• 1.2 光纤光栅传感技术的发展与分类8-11
• 1.2.1 光纤光栅传感技术的发展8-9
• 1.2.2 光纤光栅的分类9-11
• 1.3 光纤光栅解调技术11-14
• 1.3.1 干涉解调法11-12
• 1.3.2 边缘滤波法12-13
• 1.3.3 可调谐滤波器检测法13-14
• 1.4 光纤光栅的复用技术14-16
• 1.4.1 波分复用系统（WDM）14-15
• 1.4.2 空分复用系统（SDM）15
• 1.4.3 时分复用系统（TDM）15
• 1.4.4 混合复用系统15-16
• 1.5 级联长周期光纤光栅的应用发展现状16-17
• 1.5.1 级联长周期光纤光栅在滤波应用方面的发展现状16
• 1.5.2 级联长周期光纤光栅在传感应用方面的发展现状16-17
• 1.5.3 级联长周期光纤光栅在通信应用方面的发展现状17
• 1.6 选题背景及意义17-18
• 1.7 本课题主要研究内容18-19
• 第二章 光纤光栅理论19-30
• 2.1 光纤光栅19-20
• 2.2 光纤光栅理论分析20-29
• 2.2.1 耦合模理论20-26
• 2.2.2 传输矩阵法26-27
• 2.2.3 傅里叶（Fourier）变换法27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 长周期光纤光栅的理论与仿真30-41
• 3.1 长周期光纤光栅的模式理论30-33
• 3.1.1 有效折射率和传输常数30-32
• 3.1.2 耦合常数32
• 3.1.3 谐振波长32
• 3.1.4 传输谱32-33
• 3.2 长周期光纤光栅的仿真33-40
• 3.2.1 透射谱的仿真33-34
• 3.2.2 光栅周期对透射谱的影响34-35
• 3.2.3 光栅长度对透射谱的影响35-36
• 3.2.4 折射率调制深度对透射谱的影响36-38
• 3.2.5 包层折射率对透射谱的影响38-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 级联长周期光纤光栅的理论与仿真41-51
• 4.1 级联长周期光纤光栅的理论分析41-42
• 4.2 级联长周期光纤光栅的仿真分析42-49
• 4.2.1 级联距离对级联长周期光纤光栅透射谱的影响42-45
• 4.2.2 相移对级联长周期光纤光栅透射谱的影响45-48
• 4.2.3 级联光纤相对位置对于级联长周期光纤光栅透射谱的影响48-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 基于级联长周期光纤光栅的分布式FBG解调系统51-56
• 5.1 解调原理51-52
• 5.2 解调系统52
• 5.3 系统仿真52-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 总结与展望56-58
• 参考文献58-62
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文62-63
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目63-64
• 致谢64

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