基于布里渊散射效应的温度传感特性研究

发布时间：2020-07-22 21:07

【摘要】：对于当今社会的众多工程领域来说,对温度进行监测至关重要。而许多工程领域需要在如强电磁辐射、强腐蚀性、高温、潮湿等极端恶劣的环境下作业。在这样的环境下,传统电学式温度传感器难以保证长期有效地进行工作,其应用受到了限制。光纤温度传感器是以光纤作为信号的传输介质,而光纤的主要成分为二氧化硅,该成分具有良好的化学特性与物理特性,如抗电磁干扰,耐腐蚀,耐高温等;且其轻巧灵活的机械特性使其可埋入到各类工程结构与复合材料中。为此,世界各国研究人员对光纤温度传感器投入了大量研究,并取得了许多重要的研究成果。在众多的光纤温度传感器中,发展迅速,应用广泛的当属基于光纤光栅的点式或准分布式光纤温度传感器,以及基于光散射效应的分布式光纤温度传感器。两种传感器均可实现高分辨率,高测量精度,高灵敏度等优良的传感性能。但其信号处理过程十分复杂,使得传感系统成本普遍偏高。而基于激光拍频技术下的光纤温度传感器,其只需对传感信号的频率进行解调,信号处理过程简单,系统成本低廉。基于布里渊散射的多波长光纤激光器输出的多波长激光,具有稳定的布里渊频移间隔,因此利用其结合激光拍频技术可获得稳定的激光拍频信号,可准确地反映环境温度信息。并且利用高阶散射光产生的拍频信号具有较高的温度传感灵敏度。因此对基于布里渊散射的多波长光纤激光器结合激光拍频技术下的光纤温度传感器的研究具有一定意义。本文研究内容主要为设计了一个结构简单的具有双倍布里渊频移间隔的多波长光纤激光器,并结合激光拍频技术进行了温度传感实验研究。取得的实验成果如下:一、该实验方案在同类方案中结构更为简单;传感信号的数量更多,可利用9组拍频微波信号进行温度传感实验;温度传感灵敏度更高,利用第18阶斯托克斯光对产生的激光拍频信号的温度传感灵敏度为19.93MHz/°C,温度测量误差为±0.125°C。二、首次提出并验证了在保留拍频微波信号传感灵敏度的前提下,将传感信号向高频区域搬移以避开零频位置附近的噪声干扰的实验方案。通过在系统结构中采用两种增益光纤,利用其各自输出的二阶布里渊斯托克斯光得到了一个频率为1.625GHz的拍频微波信号,在此频率的基础上利用该信号进行温度传感,实现了将传感拍频微波信号向高频位置的搬移,提高了信号的信噪比,更利于其终端解调。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O437.2;TP212.11
【图文】：

图 3.3 多波长激光光谱稳定性测试图图为在 25 分钟内，利用光谱分析仪每隔 5 分钟记录一次多波长光纤多波长光谱，共记录 6 次。可以看出，在每个时间节点上的多波长光为一致，各阶斯托克斯光无明显的功率抖动与波长漂移。在所记录的图中，分别对比了 2~10 阶的 5 个波长处的各阶斯托克斯光在不同观功率处的功率抖动与波长漂移情况，对数据统计的结果如下图所示。-14-12-10-8-6-4ower(dPB)m2nd4th6th8th10th

【参考文献】

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本文编号：2766348