光纤压力传感器的光谱解调技术
发布时间：2021-05-20 01:31
光纤法布里珀罗压力传感器,相对传统压力传感器具有尺寸小、损耗低、灵敏度高、可多点分布测量、工作温度高等优点。采用Si C、蓝宝石等材料制作的光纤法布里珀罗压力传感器,可在高温、振动、腐蚀性环境下使用,适用于燃气轮机、航空/航天发动机等高温恶劣环境,已成为极端环境下压力传感器领域的主流研究方向。对于光纤法布里珀罗压力传感器的实际应用而言,需要实现的关键是法珀腔腔长的精确获取,解调技术是其关键。本文主要对光纤法布里珀罗压力传感器的光谱解调技术展开研究,提出了双参数椭圆拟合算法,设计并搭建了相应的解调系统,主要进行了以下研究工作:1.从单腔法布里珀罗传感器和复合式法布里珀罗传感器的干涉原理出发,推导了反射光谱相位变化时的腔长计算公式,并从布里珀罗传感器的细度及腔长两方面对单腔及复合式法布里珀罗传感器的反射光谱特性做了详细研究。介绍了四种典型法布里珀罗传感器解调方法的原理,分析了解调精度受影响的原因。2.设计并建立光纤法布里珀罗压力传感器解调系统,包含光路设计、电路设计、软件设计三部分。选择ASE作为系统光源,使用小型光谱仪模块采集法布里珀罗传感器反射光谱,由A/D模数转换电路,将数字信号传送...
【文章来源】：西安工业大学陕西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 研究背景及意义
1.3 国内外法布里珀罗传感器研究现状
1.3.1 传统法布里珀罗传感器结构
1.3.2 新型法布里珀罗传感器结构
1.4 国内外解调方法及研究现状
1.4.1 强度解调法
1.4.2 相位解调法
1.5 本课题研究的主要内容
2 光纤法布里珀罗压力传感器的基本原理及典型解调方法
2.1 单腔法布里珀罗传感器干涉数学模型
2.2 复合式法布里珀罗传感器干涉数学模型
2.3 法布里珀罗传感器光谱特性研究
2.3.1 单腔法布里珀罗传感器光谱特点
2.3.2 复合式法布里珀罗传感器光谱特点
2.4 法布里珀罗传感器典型解调方法
2.4.1 傅里叶变换算法
2.4.2 互相关算法
2.4.3 单峰追踪法
2.4.4 条纹计数法
2.5 本章小结
3 光纤法布里珀罗压力传感器解调系统设计
3.1 解调系统的光路
3.1.1 宽带光源的选择
3.1.2 光谱仪的选择
3.1.3 其他光学器件的选择
3.2 解调系统电路设计
3.2.1 电源电路设计
3.2.2 光谱仪电路设计
3.2.3 A/D数据采集电路设计
3.2.4 数字信号处理
3.2.5 串口传输模块
3.3 解调系统软件设计
3.3.1 光谱仪驱动设计
3.3.2 A/D数据采集驱动
3.4 本章小结
4 光纤法布里珀罗压力传感器双参数椭圆拟合解调算法研究
4.1 光谱解调算法整体设计
4.2 空气腔反射光谱提取
4.2.1 直接提取法
4.2.2 均值滤波
4.3 利萨如图
4.4 椭圆曲线拟合
4.4.1 建立椭圆方程
4.4.2 信号相位差及周期计算
4.5 本章小结
5 光纤法布里珀罗压力传感器解调系统测试及实验研究
5.1 软件程序及硬件电路的测试
5.1.1 光谱仪驱动测试
5.1.2 A/D数据采集模块
5.1.3 反射光谱偏置调试
5.2 双参数椭圆拟合算法仿真研究
5.3 光纤法布里珀罗压力传感器解调系统压力实验研究
5.4 本章总结
6 总结及展望
6.1 本文主要完成工作
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及专利
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最小二乘法的激光吸收光谱非均匀温度/浓度分布研究[J]. 宋俊玲,洪延姬,王广宇,潘虎. 光谱学与光谱分析. 2013(08)
[2]基于F-P腔干涉的膜片式光纤微机电系统压力传感器[J]. 郑志霞,黄元庆. 光子学报. 2012(12)
[3]一种新型微机电系统法布里-珀罗滤波器的设计与分析[J]. 张建飞,庄须叶,汪为民,陶逢刚,姚军. 光学学报. 2012(08)
[4]具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调[J]. 姜丽娟,江俊峰,刘铁根,刘琨,刘宇,梁霄,王少华. 光子学报. 2012(03)
[5]一种光纤EFPI高温传感器[J]. 蔡茜玮,江毅,丁文慧. 光学技术. 2012(01)
[6]基于最小二乘法的椭圆拟合改进算法[J]. 闫蓓,王斌,李媛. 北京航空航天大学学报. 2008(03)
[7]一种新的白光光纤传感系统波长解调方法[J]. 荆振国,于清旭,张桂菊,宋世德. 光学学报. 2005(10)
[8]引入衰减的多腔法布里-珀罗滤波器的特性分析[J]. 孙雪铮,陈海星,顾培夫. 光学学报. 2005(07)
[9]李萨如图在捷联惯导系统圆锥误差估计中的应用[J]. 刘道静,李立新,纪志农,陈明刚. 中国惯性技术学报. 2005(03)
[10]白光干涉型EFPI光纤应变传感器理论模型的研究[J]. 江绍基,曾斌,汪河洲,蔡志岗,李宝军. 传感技术学报. 2005(01)
博士论文
[1]光纤EFPI传感器系统及其在油气井中应用的研究[D]. 王晓娜.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于Massive MIMO的矩阵求逆算法研究[D]. 冯双双.电子科技大学 2016
[2]Massive MIMO中矩阵求逆算法的研究与实现[D]. 李应谦.电子科技大学 2016
[3]光纤MEMS法布里—珀罗传感器解调方法研究[D]. 叶晨.哈尔滨工业大学 2014
[4]多通道高速光纤法珀振动传感器解调仪器系统研究[D]. 李健宁.重庆大学 2014
[5]光纤EFPI压力传感器长期稳定性研究[D]. 曲本波.大连理工大学 2011
[6]光纤法布里-珀罗传感器腔长解调新方法与系统研究[D]. 黄海.重庆大学 2010
[7]白光非本征光纤法布里—珀罗传感器解调算法的研究[D]. 徐俊山.上海交通大学 2009
[8]椭圆拟合方法的比较研究[D]. 夏菁.暨南大学 2007
[9]外腔式光纤Fabry-Perot传感新技术研究[D]. 江建.重庆大学 2004
本文编号：3196817
【文章来源】：西安工业大学陕西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 研究背景及意义
1.3 国内外法布里珀罗传感器研究现状
1.3.1 传统法布里珀罗传感器结构
1.3.2 新型法布里珀罗传感器结构
1.4 国内外解调方法及研究现状
1.4.1 强度解调法
1.4.2 相位解调法
1.5 本课题研究的主要内容
2 光纤法布里珀罗压力传感器的基本原理及典型解调方法
2.1 单腔法布里珀罗传感器干涉数学模型
2.2 复合式法布里珀罗传感器干涉数学模型
2.3 法布里珀罗传感器光谱特性研究
2.3.1 单腔法布里珀罗传感器光谱特点
2.3.2 复合式法布里珀罗传感器光谱特点
2.4 法布里珀罗传感器典型解调方法
2.4.1 傅里叶变换算法
2.4.2 互相关算法
2.4.3 单峰追踪法
2.4.4 条纹计数法
2.5 本章小结
3 光纤法布里珀罗压力传感器解调系统设计
3.1 解调系统的光路
3.1.1 宽带光源的选择
3.1.2 光谱仪的选择
3.1.3 其他光学器件的选择
3.2 解调系统电路设计
3.2.1 电源电路设计
3.2.2 光谱仪电路设计
3.2.3 A/D数据采集电路设计
3.2.4 数字信号处理
3.2.5 串口传输模块
3.3 解调系统软件设计
3.3.1 光谱仪驱动设计
3.3.2 A/D数据采集驱动
3.4 本章小结
4 光纤法布里珀罗压力传感器双参数椭圆拟合解调算法研究
4.1 光谱解调算法整体设计
4.2 空气腔反射光谱提取
4.2.1 直接提取法
4.2.2 均值滤波
4.3 利萨如图
4.4 椭圆曲线拟合
4.4.1 建立椭圆方程
4.4.2 信号相位差及周期计算
4.5 本章小结
5 光纤法布里珀罗压力传感器解调系统测试及实验研究
5.1 软件程序及硬件电路的测试
5.1.1 光谱仪驱动测试
5.1.2 A/D数据采集模块
5.1.3 反射光谱偏置调试
5.2 双参数椭圆拟合算法仿真研究
5.3 光纤法布里珀罗压力传感器解调系统压力实验研究
5.4 本章总结
6 总结及展望
6.1 本文主要完成工作
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及专利
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最小二乘法的激光吸收光谱非均匀温度/浓度分布研究[J]. 宋俊玲,洪延姬,王广宇,潘虎. 光谱学与光谱分析. 2013(08)
[2]基于F-P腔干涉的膜片式光纤微机电系统压力传感器[J]. 郑志霞,黄元庆. 光子学报. 2012(12)
[3]一种新型微机电系统法布里-珀罗滤波器的设计与分析[J]. 张建飞,庄须叶,汪为民,陶逢刚,姚军. 光学学报. 2012(08)
[4]具有复合式法珀腔的光纤压力传感器的解调[J]. 姜丽娟,江俊峰,刘铁根,刘琨,刘宇,梁霄,王少华. 光子学报. 2012(03)
[5]一种光纤EFPI高温传感器[J]. 蔡茜玮,江毅,丁文慧. 光学技术. 2012(01)
[6]基于最小二乘法的椭圆拟合改进算法[J]. 闫蓓,王斌,李媛. 北京航空航天大学学报. 2008(03)
[7]一种新的白光光纤传感系统波长解调方法[J]. 荆振国,于清旭,张桂菊,宋世德. 光学学报. 2005(10)
[8]引入衰减的多腔法布里-珀罗滤波器的特性分析[J]. 孙雪铮,陈海星,顾培夫. 光学学报. 2005(07)
[9]李萨如图在捷联惯导系统圆锥误差估计中的应用[J]. 刘道静,李立新,纪志农,陈明刚. 中国惯性技术学报. 2005(03)
[10]白光干涉型EFPI光纤应变传感器理论模型的研究[J]. 江绍基,曾斌,汪河洲,蔡志岗,李宝军. 传感技术学报. 2005(01)
博士论文
[1]光纤EFPI传感器系统及其在油气井中应用的研究[D]. 王晓娜.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]基于Massive MIMO的矩阵求逆算法研究[D]. 冯双双.电子科技大学 2016
[2]Massive MIMO中矩阵求逆算法的研究与实现[D]. 李应谦.电子科技大学 2016
[3]光纤MEMS法布里—珀罗传感器解调方法研究[D]. 叶晨.哈尔滨工业大学 2014
[4]多通道高速光纤法珀振动传感器解调仪器系统研究[D]. 李健宁.重庆大学 2014
[5]光纤EFPI压力传感器长期稳定性研究[D]. 曲本波.大连理工大学 2011
[6]光纤法布里-珀罗传感器腔长解调新方法与系统研究[D]. 黄海.重庆大学 2010
[7]白光非本征光纤法布里—珀罗传感器解调算法的研究[D]. 徐俊山.上海交通大学 2009
[8]椭圆拟合方法的比较研究[D]. 夏菁.暨南大学 2007
[9]外腔式光纤Fabry-Perot传感新技术研究[D]. 江建.重庆大学 2004
本文编号：3196817
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