高分辨率的多路复用光纤光栅解调系统研究

发布时间：2017-08-31 22:19

  本文关键词：高分辨率的多路复用光纤光栅解调系统研究

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【摘要】：分布式光纤光栅温度传感系统是一种具备多种优点、极具发展潜力的新型参数测量系统,具有抗电磁干扰能力强、可同时测量应变和温度、测量精度高、系统重量轻的特点,是航天载荷参数测量的重要发展方向。本课题将在原有工作基础上研制高性能的光纤光栅解调测量系统,实现对待测结构件各监控点温度的高灵敏度实时测量。文中设计并搭建了一套基于紧凑型可调谐半导体激光器的高分辨率的可复用光纤光栅波长解调系统。解调测试系统采用波长调谐范围为1546nm至1558nm的紧凑型可调谐半导体激光器作为激光源,以提高系统的简洁性、波长分辨率以及响应速率,通过加入标准气室作为波长基准以提高系统的长期稳定性。使用电流直接调制的办法,实现了半导体激光器高达lpm分辨率的准连续波长扫描。对于解调测试系统的解调过程进行了模拟,分析了激光器扫描步长与解调误差之间的定性关系。得出了解调误差随激光器扫描步长增大而增大,并略小于扫描步长这一结论。从而推论出,以lpm波长分辨率扫描,可以得到优于lpm的解调波长分辨率。随后对重心算法进行了算法鲁棒性模拟和分析,分析了在不同程度的各类噪声影响下,算法解调误差的波动情况。经过多次随机模拟,验证了算法稳定性高、受噪声影响小的特性,为接下来的实验打下了良好的理论基础。在解调时,利用分段扫描和重心算法提高光纤光栅中心波长的解调精确度和稳定性。通过测试单根FBG的波长解调情况以及在外加控温的情况下的温度波动情况,得到测温传感系统的波长分辨率优于lpm,精确度接近2pm,在1550nm附近获得0.1℃的温度分辨率。通过在30℃～120℃大范围改变环境温度,测试得到解调波长随温度变化线性度良好,重复度高。通过串接多根FBG进行测试,验证了系统的复用能力。解调系统的解调周期约为30s,已经能够满足常用的各类传感场景的要求。测试结果表明,系统长时间工作稳定,分辨率高,具有较广泛的应用背景。
【关键词】：光纤光学 光纤光栅传感系统 可调谐半导体激光器 准连续波长扫描 重心算法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 研究基础11-12
• 1.3 国内外相关研究进展12-16
• 1.4 研究目的与意义16-18
• 1.5 章节安排18-19
• 1.6 本章小结19-20
• 2 光纤光栅解调系统结构及波长解调原理20-38
• 2.1 光纤光栅解调系统的设计方案20-22
• 2.2 光纤光栅解调测试系统的基本结构与组成22-23
• 2.3 光纤光栅解调测试系统的光学部分设计方案与实验23-28
• 2.4 光电转换与信号处理电路设计方案及实验28-31
• 2.5 光纤光栅解调测试系统的软件程序设计31-33
• 2.6 可调谐半导体激光器的准连续波长扫描方法及实验33-35
• 2.7 光纤光栅解调测试系统的波长解调原理35-37
• 2.8 本章小结37-38
• 3 光纤光栅解调测试系统的特性模拟及实验分析38-50
• 3.1 光纤光栅解调测试系统的解调过程的特性模拟38-39
• 3.2 光纤光栅解调测试系统的重心算法鲁棒性分析39-42
• 3.3 光纤光栅解调测试系统的解调过程及算法模拟小结42-43
• 3.4 光纤光栅解调测试系统的单根FBG波长解调测试43-45
• 3.5 光纤光栅解调测试系统的单根FBG波长稳定性测试45-46
• 3.6 光纤光栅解调测试系统的多根FBG解调测试46-48
• 3.7 光纤光栅解调测试系统各项实验测试的讨论和分析48
• 3.8 本章小结48-50
• 4 总结和展望50-52
• 4.1 本论文的主要工作50
• 4.2 本论文的主要创新点50-51
• 4.3 后续工作展望51-52
• 参考文献52-56
• 作者简历56-58
• 发表文章目录58

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本文编号：768261