基于调频连续波的多通池气体传感技术研究
发布时间：2021-07-03 08:56
光频域反射计（OFDR）作为分布式光纤传感技术中的一种,具有高空间分辨率、高信噪比、动态范围宽等优点。其系统包含线性调谐光源,波长调谐范围覆盖气体分子的吸收波段,对于目标气体的特征光谱检测具有很高的灵敏度和选择性。结合传统激光吸收光谱技术与检测装置,分布式气体传感可应用于大气环境监测,工业生产控制等应用场合。本论文的主要工作重心在于结合光频域反射计的核心,调频连续波（FMCW）技术与可调谐激光吸收光谱（TDLAS）技术,展开多通池气体传感技术的研究与应用。从光频域反射系统的信号模型出发,介绍了多通池气体传感原理。针对光源非线性调谐引起的空间分辨率模糊问题,在硬件和软件上分别研究了光源非线性相位补偿的原理方法及其存在的局限性;根据Beer-Lambert吸收定律,讨论了不同情况下气体分子吸收光谱的线型函数,其被选择用于谱线拟合。多通池气体传感的方法研究中,从透射函数中吸收系数与吸收光程的物理意义出发,推导出包含气体吸收信息的频域干涉信号表达式,模拟与分析该信号的FFT与IFFT结果。FFT下完成气体吸收光程的精确测定,IFFT下完成气体透射光谱的反演;考虑实际情况,探究分析FFT泄露与I...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相干OFDR实验装置及结果示意图
光频域反射计发展的序幕。实验通过调整氦氖激光器的线宽从光纤的一频函数的后向散射光的振幅，再通过低频电谱仪的傅立叶变换获得散射和光纤能量损耗。实验装置和结果如图 1-1 所示：图 1-1 相干OFDR 实验装置及结果示意图[8](a) 相干 OFDR 实验装置；(b) 光纤周期性偏振态的 OFDR 测量结果993 年，U. Glombitza 和 E. Brinkmeyer 基于 OFDR 高分辨率和高灵敏度用辅助干涉仪实现在时间上不需要线性调谐而仍然可以提高空间分辨率采样技术[9]。该实验使用波长约 1.3 μm 的DFB 半导体激光器，调谐范通过探测 InP 的波导结构，实验首次得到 50 μm 的空间分辨率和约 60 ，展示了OFDR 在未来技术的具体优势。实验装置与结果如图 1-2 所示
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 年，M. Froggatt 等人提出利用光纤中的 Rayleigh 散射实现对应变测量。研究发现光纤中的Rayleigh 散射可以等效为一种随机周期温度和应变的变换会引起这种弱光栅光谱的的相应频移，且成正信号与参考信号（没有扰动）进行互相关，即可获得光谱偏移值[ 年，M. Froggatt 等人提出偏振分级的方案，使 OFDR 系统实现了级的分辨率，使新兴的短途应用上的链接特征识别成为可能[11]。相位噪声补偿实现了在相干长度之外的高空间分辨率 OFDR 装置应用于产品研发。其实验装置及结果如图 1-3 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国光纤传感技术现状和展望[J]. 廖延彪. 光电子技术与信息. 2003(05)
[2]激光光谱技术在环境监测中的应用专题系列（Ⅰ） 光谱技术在大气环境监测中的应用[J]. 王振亚,李海洋,周士康. 物理. 2001(09)
博士论文
[1]几种改进OFDR性能方法的提出及验证[D]. 丁振扬.天津大学 2013
[2]基于OFDR技术的管道防破坏预警系统设计与信号分析处理方法研究[D]. 孟凡勇.河北工业大学 2010
硕士论文
[1]基于OFDR的分布式光纤传感技术的研究[D]. 徐升槐.浙江大学 2011
[2]高分辨率OFDR关键技术研究[D]. 顾一弘.电子科技大学 2009
本文编号：3262267
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相干OFDR实验装置及结果示意图
光频域反射计发展的序幕。实验通过调整氦氖激光器的线宽从光纤的一频函数的后向散射光的振幅，再通过低频电谱仪的傅立叶变换获得散射和光纤能量损耗。实验装置和结果如图 1-1 所示：图 1-1 相干OFDR 实验装置及结果示意图[8](a) 相干 OFDR 实验装置；(b) 光纤周期性偏振态的 OFDR 测量结果993 年，U. Glombitza 和 E. Brinkmeyer 基于 OFDR 高分辨率和高灵敏度用辅助干涉仪实现在时间上不需要线性调谐而仍然可以提高空间分辨率采样技术[9]。该实验使用波长约 1.3 μm 的DFB 半导体激光器，调谐范通过探测 InP 的波导结构，实验首次得到 50 μm 的空间分辨率和约 60 ，展示了OFDR 在未来技术的具体优势。实验装置与结果如图 1-2 所示
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 年，M. Froggatt 等人提出利用光纤中的 Rayleigh 散射实现对应变测量。研究发现光纤中的Rayleigh 散射可以等效为一种随机周期温度和应变的变换会引起这种弱光栅光谱的的相应频移，且成正信号与参考信号（没有扰动）进行互相关，即可获得光谱偏移值[ 年，M. Froggatt 等人提出偏振分级的方案，使 OFDR 系统实现了级的分辨率，使新兴的短途应用上的链接特征识别成为可能[11]。相位噪声补偿实现了在相干长度之外的高空间分辨率 OFDR 装置应用于产品研发。其实验装置及结果如图 1-3 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国光纤传感技术现状和展望[J]. 廖延彪. 光电子技术与信息. 2003(05)
[2]激光光谱技术在环境监测中的应用专题系列（Ⅰ） 光谱技术在大气环境监测中的应用[J]. 王振亚,李海洋,周士康. 物理. 2001(09)
博士论文
[1]几种改进OFDR性能方法的提出及验证[D]. 丁振扬.天津大学 2013
[2]基于OFDR技术的管道防破坏预警系统设计与信号分析处理方法研究[D]. 孟凡勇.河北工业大学 2010
硕士论文
[1]基于OFDR的分布式光纤传感技术的研究[D]. 徐升槐.浙江大学 2011
[2]高分辨率OFDR关键技术研究[D]. 顾一弘.电子科技大学 2009
本文编号：3262267
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