微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统及关键技术研究
发布时间：2022-05-08 20:50
随着航天技术的迅猛发展,航天飞行器结构健康监测和智能化发展需求迫在眉睫,传统基于热敏电阻和应变片的环境监测方法已经无法满足大容量、轻重量和低功耗的星载结构健康监测的要求。光纤光栅传感技术具有抗电磁干扰、尺寸小、成本低等特点,在航天领域具有广泛的应用。针对航天应用中光纤光栅传感解调技术的微型化及低功耗等诸多技术难点,开展基于调制光栅Y分支（MG-Y）可调谐半导体光源的微型低功耗星载光纤光栅传感解调系统研究。论文主要研究内容包括:1.研究了光纤布拉格光栅温度和应变传感原理及传感系统组成,为波长型解调方法提供理论基础。为了解决星载环境微型、低功耗、大容量的光纤光栅应用受限问题,分析了常用光纤布拉格光栅解调及复用技术的各种方案,确定了可应用于航天领域的基于可调谐半导体光源的解调方法。2.研究了可调谐半导体激光器的结构及控制方法,采用单片可集成、调谐速度快,解调容量大的电调谐半导体激光器为解调系统光源。在对MG-Y可调谐控制原理论述基础上,通过对构造的两种星载光纤传感解调技术分析,提出了1*N耦合器的空/波分复用可调谐光源法解调方法;通过对可调谐光源与不同谱形FBG的作用机理研究,确定了解调仪的...
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 光纤光栅传感在航天监测领域的发展
1.2.2 光纤光栅解调系统在航天领域的应用需求
1.3 光纤光栅传感技术
1.3.1 光纤光栅耦合模理论
1.3.2 光纤布拉格光栅传感原理
1.3.3 光纤布拉格传感系统组成
1.4 光纤光栅传感解调技术
1.4.1 光纤光栅传感解调技术
1.4.2 FBG复用技术
1.5 论文研究内容
第二章 基于MG-Y可调谐光源技术研究
2.1 可调谐半导体光源
2.2 MG-Y型 DBR激光器
2.2.1 激光器工作原理
2.2.2 激光器调谐控制设计
2.3 基于TLS的 FBG波长解调原理
2.3.1 基于MG-Y光源的光纤传感系统研究
2.3.2 波长解调原理
2.3.3 “波长-电流”精确对应关系
2.4 本章小结
第三章 基于ARM的扫描式解调技术研究
3.1 基于ARM的 FBG微型解调系统
3.2 解调系统恒流源控制方法
3.2.1 TLS的电流驱动原理
3.2.2 单片集成恒流源控制方法实现
3.3 解调系统温度控制方法
3.3.1 TLS的温度控制方法
3.3.2 温度控制系统实现
3.4 解调系统光电检测技术研究
3.4.1 FBG光电检测原理
3.4.2 基于对数放大器的检测电路功能实现
3.5 供电系统及串口通信
3.5.1 电源电路实现
3.5.2 串口通信电路实现
3.6 本章小结
第四章 基于MG-Y微型解调仪的光纤光栅解调算法
4.1 基于MG-Y光源的光纤光栅解调仪软件架构
4.2 基于ARM的底层软件实现
4.2.1 底层驱动软件流程
4.2.2 查找表筛选实现
4.3 基于MG-Y解调仪FBG解调算法
4.3.1 波长寻峰算法研究
4.3.2 基于MG-Y解调仪FBG解调仿真及算法对比分析
4.3.3 基于LABVIEW的 FBG解调系统实现
4.4 解调仪的性能测试及标定实验
4.4.1 PD动态范围测试及分析
4.4.2 解调仪波长标定实验
4.4.3 解调仪的性能测试及分析
4.5 本章小结
第五章 星载光纤光栅传感解调系统实验研究
5.1 基于MG-Y光源解调仪的USFBG的拉伸实验及分析
5.1.1 飞秒激光逐点法制备USFBG
5.1.2 USFBG应变传感特性分析
5.2 基于MG-Y光源解调仪的芯包复合FBG的温度实验及分析
5.2.1 飞秒激光逐线法制备芯包复合FBG
5.2.2 芯包复合FBG温度传感特性分析
5.3 基于MG-Y光源解调仪的保偏FBG的温度实验及分析
5.3.1 飞秒激光逐点法制备保偏FBG
5.3.2 保偏FBG温度传感特性分析
5.4 基于MG-Y光源解调仪的级联FBG的温度实验及分析
5.4.1 飞秒激光逐点法制备FBG阵列
5.4.2 级联FBG温度传感特性分析
5.5 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]航天器健康管理平台设计技术研究[J]. 张雷,李志栋,孙波. 计算机测量与控制. 2019(10)
[2]用于航天环境的布拉格光栅温度传感器灵敏度与精度研究[J]. 韩放,廖韬,苏新明,邓俊武,刘阳. 计算机测量与控制. 2019(10)
[3]卫星镜头结构光纤光栅温度传感器研究[J]. 卢建中,孟凡勇,闫光,孙广开,祝连庆. 激光与红外. 2019(10)
[4]现代航天传感器技术发展趋势分析[J]. 彭泳卿,陈青松,戴保平. 计测技术. 2019(04)
[5]小卫星能源系统的自主故障诊断技术初步研究[J]. 付宇,崔玉福,李志刚,刘元默. 质量与可靠性. 2019(04)
[6]全球小卫星现状及发展[J]. 唐亮,刘鸿鹏,何慧东. 国际太空. 2019(06)
[7]基于STM32的同步发电机励磁调节器设计与试验[J]. 杨文荣,吴晟,商建锋. 实验技术与管理. 2019(06)
[8]真空热环境下不同涂覆层光纤传输损耗特性影响研究[J]. 张景川,张雯,杨晓宁,裴一飞. 红外与激光工程. 2019(11)
[9]调制光栅Y分支可调谐激光器高精准波长调谐特性[J]. 郑胜亨,杨远洪. 中国激光. 2019(02)
[10]基于光纤光栅传感的卫星温度场测量方法研究[J]. 张开宇,闫光,孟凡勇,祝连庆. 工具技术. 2018(10)
博士论文
[1]基于光纤传感的航天器结构在轨状态监测技术研究[D]. 申景诗.西安电子科技大学 2019
[2]新型光纤布拉格光栅传感器研究[D]. 冯定一.西北大学 2016
[3]光纤布拉格光栅特性研究及在拉曼激光雷达中的应用[D]. 巩鑫.西安理工大学 2016
[4]基于正交离散FBG网络的柔板结构形态感知与重构研究[D]. 张合生.上海大学 2015
[5]总线拓扑结构的大容量光纤光栅传感网络和系统研究[D]. 朱方东.武汉理工大学 2014
[6]基于光纤光栅系统的流量测量研究[D]. 王冬生.燕山大学 2013
硕士论文
[1]空间非合作目标高精度结构恢复与相对位姿测量方法[D]. 李江.哈尔滨工业大学 2019
[2]面向航天器高稳定结构空间环境下变形测量技术研究[D]. 陈翠圆.北华航天工业学院 2019
[3]航天器光纤测量子系统的研制[D]. 李红军.哈尔滨工业大学 2018
[4]基于复用技术的光纤光栅传感解调系统的研究[D]. 李进.长春工业大学 2018
[5]基于可调谐扫描激光器的高精度光纤光栅解调系统研究[D]. 王成明.吉林大学 2018
[6]基于可调谐F-P腔的光纤光栅解调仪的优化设计[D]. 李忠玉.西南交通大学 2018
[7]基于可调谐激光器的FBG解调仪研制及应变检测应用研究[D]. 魏钧涛.山东大学 2018
[8]基于布拉格光栅的温度监测系统研究与设计[D]. 胡通.华北电力大学(北京) 2018
[9]基于STM32的FBG解调[D]. 施瞻.中国计量大学 2018
[10]光纤光栅解调光子集成片上键合和单片集成硅基锗光源关键技术研究[D]. 马向东.天津工业大学 2018
本文编号：3652351
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 光纤光栅传感在航天监测领域的发展
1.2.2 光纤光栅解调系统在航天领域的应用需求
1.3 光纤光栅传感技术
1.3.1 光纤光栅耦合模理论
1.3.2 光纤布拉格光栅传感原理
1.3.3 光纤布拉格传感系统组成
1.4 光纤光栅传感解调技术
1.4.1 光纤光栅传感解调技术
1.4.2 FBG复用技术
1.5 论文研究内容
第二章 基于MG-Y可调谐光源技术研究
2.1 可调谐半导体光源
2.2 MG-Y型 DBR激光器
2.2.1 激光器工作原理
2.2.2 激光器调谐控制设计
2.3 基于TLS的 FBG波长解调原理
2.3.1 基于MG-Y光源的光纤传感系统研究
2.3.2 波长解调原理
2.3.3 “波长-电流”精确对应关系
2.4 本章小结
第三章 基于ARM的扫描式解调技术研究
3.1 基于ARM的 FBG微型解调系统
3.2 解调系统恒流源控制方法
3.2.1 TLS的电流驱动原理
3.2.2 单片集成恒流源控制方法实现
3.3 解调系统温度控制方法
3.3.1 TLS的温度控制方法
3.3.2 温度控制系统实现
3.4 解调系统光电检测技术研究
3.4.1 FBG光电检测原理
3.4.2 基于对数放大器的检测电路功能实现
3.5 供电系统及串口通信
3.5.1 电源电路实现
3.5.2 串口通信电路实现
3.6 本章小结
第四章 基于MG-Y微型解调仪的光纤光栅解调算法
4.1 基于MG-Y光源的光纤光栅解调仪软件架构
4.2 基于ARM的底层软件实现
4.2.1 底层驱动软件流程
4.2.2 查找表筛选实现
4.3 基于MG-Y解调仪FBG解调算法
4.3.1 波长寻峰算法研究
4.3.2 基于MG-Y解调仪FBG解调仿真及算法对比分析
4.3.3 基于LABVIEW的 FBG解调系统实现
4.4 解调仪的性能测试及标定实验
4.4.1 PD动态范围测试及分析
4.4.2 解调仪波长标定实验
4.4.3 解调仪的性能测试及分析
4.5 本章小结
第五章 星载光纤光栅传感解调系统实验研究
5.1 基于MG-Y光源解调仪的USFBG的拉伸实验及分析
5.1.1 飞秒激光逐点法制备USFBG
5.1.2 USFBG应变传感特性分析
5.2 基于MG-Y光源解调仪的芯包复合FBG的温度实验及分析
5.2.1 飞秒激光逐线法制备芯包复合FBG
5.2.2 芯包复合FBG温度传感特性分析
5.3 基于MG-Y光源解调仪的保偏FBG的温度实验及分析
5.3.1 飞秒激光逐点法制备保偏FBG
5.3.2 保偏FBG温度传感特性分析
5.4 基于MG-Y光源解调仪的级联FBG的温度实验及分析
5.4.1 飞秒激光逐点法制备FBG阵列
5.4.2 级联FBG温度传感特性分析
5.5 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]航天器健康管理平台设计技术研究[J]. 张雷,李志栋,孙波. 计算机测量与控制. 2019(10)
[2]用于航天环境的布拉格光栅温度传感器灵敏度与精度研究[J]. 韩放,廖韬,苏新明,邓俊武,刘阳. 计算机测量与控制. 2019(10)
[3]卫星镜头结构光纤光栅温度传感器研究[J]. 卢建中,孟凡勇,闫光,孙广开,祝连庆. 激光与红外. 2019(10)
[4]现代航天传感器技术发展趋势分析[J]. 彭泳卿,陈青松,戴保平. 计测技术. 2019(04)
[5]小卫星能源系统的自主故障诊断技术初步研究[J]. 付宇,崔玉福,李志刚,刘元默. 质量与可靠性. 2019(04)
[6]全球小卫星现状及发展[J]. 唐亮,刘鸿鹏,何慧东. 国际太空. 2019(06)
[7]基于STM32的同步发电机励磁调节器设计与试验[J]. 杨文荣,吴晟,商建锋. 实验技术与管理. 2019(06)
[8]真空热环境下不同涂覆层光纤传输损耗特性影响研究[J]. 张景川,张雯,杨晓宁,裴一飞. 红外与激光工程. 2019(11)
[9]调制光栅Y分支可调谐激光器高精准波长调谐特性[J]. 郑胜亨,杨远洪. 中国激光. 2019(02)
[10]基于光纤光栅传感的卫星温度场测量方法研究[J]. 张开宇,闫光,孟凡勇,祝连庆. 工具技术. 2018(10)
博士论文
[1]基于光纤传感的航天器结构在轨状态监测技术研究[D]. 申景诗.西安电子科技大学 2019
[2]新型光纤布拉格光栅传感器研究[D]. 冯定一.西北大学 2016
[3]光纤布拉格光栅特性研究及在拉曼激光雷达中的应用[D]. 巩鑫.西安理工大学 2016
[4]基于正交离散FBG网络的柔板结构形态感知与重构研究[D]. 张合生.上海大学 2015
[5]总线拓扑结构的大容量光纤光栅传感网络和系统研究[D]. 朱方东.武汉理工大学 2014
[6]基于光纤光栅系统的流量测量研究[D]. 王冬生.燕山大学 2013
硕士论文
[1]空间非合作目标高精度结构恢复与相对位姿测量方法[D]. 李江.哈尔滨工业大学 2019
[2]面向航天器高稳定结构空间环境下变形测量技术研究[D]. 陈翠圆.北华航天工业学院 2019
[3]航天器光纤测量子系统的研制[D]. 李红军.哈尔滨工业大学 2018
[4]基于复用技术的光纤光栅传感解调系统的研究[D]. 李进.长春工业大学 2018
[5]基于可调谐扫描激光器的高精度光纤光栅解调系统研究[D]. 王成明.吉林大学 2018
[6]基于可调谐F-P腔的光纤光栅解调仪的优化设计[D]. 李忠玉.西南交通大学 2018
[7]基于可调谐激光器的FBG解调仪研制及应变检测应用研究[D]. 魏钧涛.山东大学 2018
[8]基于布拉格光栅的温度监测系统研究与设计[D]. 胡通.华北电力大学(北京) 2018
[9]基于STM32的FBG解调[D]. 施瞻.中国计量大学 2018
[10]光纤光栅解调光子集成片上键合和单片集成硅基锗光源关键技术研究[D]. 马向东.天津工业大学 2018
本文编号：3652351
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