干涉型光纤水位传感系统及解调方法研究
发布时间：2021-08-11 16:04
海啸是一种严重的自然灾害,太平洋沿岸、印度洋沿岸等常年遭受海啸的威胁,海啸灾害能量大、波及范围广、杀伤力极强,一旦发生难以逃离海啸波及范围,会造成严重的人员伤亡及经济财产损失,因此实现有效的海啸预警、进行提前预防非常重要。海洋水位值的实时监测,是海啸预警的一个重要方面。水位监测系统的研究开展已久,但是海洋环境十分复杂,现有的水位系统多存在易受电磁干扰、易受化学腐蚀、传输距离短等问题,无法长期工作在海洋环境中。而光纤传感器具有体积小、质量轻、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等许多优异性能,适用于海洋环境中的水位值监测,成为该水位传感系统的首选方法。因此,本文着重于研制基于光纤传感技术的水位监测系统,实现海洋水位的实时监测。本文的主要研究目的是设计实现用于海洋水位监测的干涉型光纤水位传感系统,针对海洋水位变化范围广、变化速度快的特点,设计实现适用于该系统的系统结构及解调方法,最终实现大量程、高精度、快响应的水位监测。本文首先介绍了海洋的复杂环境及海啸造成的巨大灾害和严重损失,通过对不同水位传感器的分析,拟采用光纤水位传感系统进行海洋水位监测及海啸预警;然后介绍了光纤的基本知识,包括光纤的干涉原...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海啸灾害情况
图 2.1 干涉信号光强与相位的关系为得到的干涉信号光强表达式，如图 2.1 所示为干涉信号路光的相位差为1 22 x ，其中 x 为光程差，随着 x 的变化而变化。水位传感系统中，想要设计实现将水位值变化转化为干涉得到干涉信号，继而进行相位解调反推出待测水位值。在纤长度、纤芯折射率、纤芯直径等的变化、甚至温度变化，下面将详细介绍光纤的相位调制机理。相位调制原理作为传光元件，也可作为敏感元件，相位调制型光纤传感当光纤受到外界作用时，干涉仪传感臂的光纤长度（应
第 3 章 干涉型光纤水位传感系统设计及搭建意义上取决于激光光源的选取[42]。在干涉式光纤水位传感系统中，选用光源尽量满足线宽窄、体积小、噪声小、寿命长、稳定性良好等优点。常用的半导体激光器频率固定，只能输出定波长的激光光源，但若输出光源频率固定，当水位值不变时，无法形成干涉信号，更无法实现后续的干涉信号解调，因此无法实现静止水位值的监测。在这种情况下，需要对光源加入调制信号，常用的调制方式有正弦波调制、脉冲调制、线性调制等。在该系统中对光源进行线性调制[43, 44]，即在一个周期内光源频率呈线性变化，线性调制可以保证干涉信号的相位也为线性关系，可降低相位解调的复杂度。本系统选用快速扫描半导体激光器 GC-96000C 模块作为光源，具有波长精确、功率稳定、扫描速度快等优点。如图 3.2 所示为激光器模块实物图，该扫描半导体激光器通过 RS232 串口进行控制，电源供电电压为 5V/4A，光输出接口为 FC/UPC。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MFSK信号新型正交解调算法[J]. 钱者凤. 电子设计工程. 2018(21)
[2]相位生成载波解调方法的研究[J]. 孙韦,于淼,常天英,陈建冬,崔洪亮,庞铄. 光子学报. 2018(08)
[3]用于干涉型光纤传感系统的相似性解调方法[J]. 庞铄,罗政纯,常天英,于淼,王忠民,陈建冬,王阳阳,高璐,崔洪亮. 光子学报. 2018(06)
[4]基于在线型光纤迈克耳孙干涉仪的液位传感器[J]. 邵敏,韩亮,兆雪,傅海威,乔学光. 光学学报. 2018(03)
[5]基于3 dB光纤耦合器构成的Mach-Zehnder光纤干涉仪稳定控制系统[J]. 叶全意,高英杰,田锦,苏守宝,王永嘉. 红外与激光工程. 2017(10)
[6]长江口常用水位仪器适用性研究[J]. 毛兴华,潘与佳. 水利信息化. 2017(04)
[7]应用于海洋环境和海洋工程的光纤传感技术[J]. 崔洪亮,于淼,常天英,陈建冬,赵恩才,郑妍,刘野,周天水. 吉林大学学报(地球科学版). 2017(01)
[8]光纤干涉式振动传感器中顺变柱体刚度系数的计算方法[J]. 高文智,陈建冬,葛兆斌,孙韦,付群健,郎金鹏,常天英,崔洪亮. 中国激光. 2017(03)
[9]改进式相位生成载波调制解调方法[J]. 郎金鹏,常天英,陈建冬,刘野,崔洪亮,于淼. 光子学报. 2016(12)
[10]基于递归希尔伯特变换的振动信号解调和瞬时频率计算方法[J]. 胡志祥,任伟新. 振动与冲击. 2016(07)
博士论文
[1]基于光纤干涉法的海底地震检波器的研制[D]. 陈建冬.吉林大学 2018
[2]大量程分布式光纤传感技术研究及工程应用[D]. 陈池.武汉大学 2013
硕士论文
[1]腔体带阻滤波器的设计与研究[D]. 杨中婕.南京邮电大学 2018
[2]无线传感器网络在水情测控中的应用[D]. 李硕.南京邮电大学 2017
[3]用于海底地震监测的光纤干涉型传感器解调方法研究[D]. 郎金鹏.吉林大学 2017
[4]基于分布式布里渊光时域分析技术的形状传感研究[D]. 傅程.哈尔滨工业大学 2017
[5]双频带频率选择表面的研究[D]. 杜天尧.哈尔滨工业大学 2017
[6]基于光纤干涉法的高精度水位检测系统软件解调的研究[D]. 刘野.吉林大学 2016
[7]采用数字调谐激光器的光纤光学相干测距仪的研究[D]. 赵文建.浙江理工大学 2015
[8]基于保偏光纤的内嵌式Mach-Zehnder干涉型液位传感器的研究[D]. 陈德宝.中国计量学院 2015
[9]基于双M-Z干涉型光纤振动传感器及其PGC解调技术的研究[D]. 王恺晗.天津理工大学 2015
[10]光纤法珀传感器波长解调及复用技术研究[D]. 谢杰辉.国防科学技术大学 2014
本文编号：3336463
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海啸灾害情况
图 2.1 干涉信号光强与相位的关系为得到的干涉信号光强表达式，如图 2.1 所示为干涉信号路光的相位差为1 22 x ，其中 x 为光程差，随着 x 的变化而变化。水位传感系统中，想要设计实现将水位值变化转化为干涉得到干涉信号，继而进行相位解调反推出待测水位值。在纤长度、纤芯折射率、纤芯直径等的变化、甚至温度变化，下面将详细介绍光纤的相位调制机理。相位调制原理作为传光元件，也可作为敏感元件，相位调制型光纤传感当光纤受到外界作用时，干涉仪传感臂的光纤长度（应
第 3 章 干涉型光纤水位传感系统设计及搭建意义上取决于激光光源的选取[42]。在干涉式光纤水位传感系统中，选用光源尽量满足线宽窄、体积小、噪声小、寿命长、稳定性良好等优点。常用的半导体激光器频率固定，只能输出定波长的激光光源，但若输出光源频率固定，当水位值不变时，无法形成干涉信号，更无法实现后续的干涉信号解调，因此无法实现静止水位值的监测。在这种情况下，需要对光源加入调制信号，常用的调制方式有正弦波调制、脉冲调制、线性调制等。在该系统中对光源进行线性调制[43, 44]，即在一个周期内光源频率呈线性变化，线性调制可以保证干涉信号的相位也为线性关系，可降低相位解调的复杂度。本系统选用快速扫描半导体激光器 GC-96000C 模块作为光源，具有波长精确、功率稳定、扫描速度快等优点。如图 3.2 所示为激光器模块实物图，该扫描半导体激光器通过 RS232 串口进行控制，电源供电电压为 5V/4A，光输出接口为 FC/UPC。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MFSK信号新型正交解调算法[J]. 钱者凤. 电子设计工程. 2018(21)
[2]相位生成载波解调方法的研究[J]. 孙韦,于淼,常天英,陈建冬,崔洪亮,庞铄. 光子学报. 2018(08)
[3]用于干涉型光纤传感系统的相似性解调方法[J]. 庞铄,罗政纯,常天英,于淼,王忠民,陈建冬,王阳阳,高璐,崔洪亮. 光子学报. 2018(06)
[4]基于在线型光纤迈克耳孙干涉仪的液位传感器[J]. 邵敏,韩亮,兆雪,傅海威,乔学光. 光学学报. 2018(03)
[5]基于3 dB光纤耦合器构成的Mach-Zehnder光纤干涉仪稳定控制系统[J]. 叶全意,高英杰,田锦,苏守宝,王永嘉. 红外与激光工程. 2017(10)
[6]长江口常用水位仪器适用性研究[J]. 毛兴华,潘与佳. 水利信息化. 2017(04)
[7]应用于海洋环境和海洋工程的光纤传感技术[J]. 崔洪亮,于淼,常天英,陈建冬,赵恩才,郑妍,刘野,周天水. 吉林大学学报(地球科学版). 2017(01)
[8]光纤干涉式振动传感器中顺变柱体刚度系数的计算方法[J]. 高文智,陈建冬,葛兆斌,孙韦,付群健,郎金鹏,常天英,崔洪亮. 中国激光. 2017(03)
[9]改进式相位生成载波调制解调方法[J]. 郎金鹏,常天英,陈建冬,刘野,崔洪亮,于淼. 光子学报. 2016(12)
[10]基于递归希尔伯特变换的振动信号解调和瞬时频率计算方法[J]. 胡志祥,任伟新. 振动与冲击. 2016(07)
博士论文
[1]基于光纤干涉法的海底地震检波器的研制[D]. 陈建冬.吉林大学 2018
[2]大量程分布式光纤传感技术研究及工程应用[D]. 陈池.武汉大学 2013
硕士论文
[1]腔体带阻滤波器的设计与研究[D]. 杨中婕.南京邮电大学 2018
[2]无线传感器网络在水情测控中的应用[D]. 李硕.南京邮电大学 2017
[3]用于海底地震监测的光纤干涉型传感器解调方法研究[D]. 郎金鹏.吉林大学 2017
[4]基于分布式布里渊光时域分析技术的形状传感研究[D]. 傅程.哈尔滨工业大学 2017
[5]双频带频率选择表面的研究[D]. 杜天尧.哈尔滨工业大学 2017
[6]基于光纤干涉法的高精度水位检测系统软件解调的研究[D]. 刘野.吉林大学 2016
[7]采用数字调谐激光器的光纤光学相干测距仪的研究[D]. 赵文建.浙江理工大学 2015
[8]基于保偏光纤的内嵌式Mach-Zehnder干涉型液位传感器的研究[D]. 陈德宝.中国计量学院 2015
[9]基于双M-Z干涉型光纤振动传感器及其PGC解调技术的研究[D]. 王恺晗.天津理工大学 2015
[10]光纤法珀传感器波长解调及复用技术研究[D]. 谢杰辉.国防科学技术大学 2014
本文编号：3336463
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