光纤Fabry-Perot传感器非扫描相关解调技术研究

发布时间：2021-08-06 01:09

　　光纤Fabry-Perot（FP）传感器因其具有精度高、体积小、动态范围大、结构简单以及抗电磁干扰等优点而被广泛应用于航空航天、油田、桥梁、医疗等领域实现外界物理量的测量,诸如:压力、温度、应力/应变、折射率、位移等。而对于光纤FP传感器的实际应用而言,关键问题是如何通过FP腔长度解调获得被测量。本文基于腔长匹配原理,采用光楔与CCD线阵的组合结构,设计并实现了用于外界物理量高精度、大动态范围测量的光纤FP传感器非扫描相关解调系统。具体包括以下几个方面:首先,从光纤FP传感器的传感原理出发,对比分析了目前主要的几种解调方法,并确定采用的解调方法-非扫描相关解调法。根据非扫描相关解调原理,建立了相关干涉信号的数学模型,讨论了不同光源光谱分布对信号的影响,并对其进行理论分析与仿真,验证了光楔可用于FP传感器腔长解调的可行性。然后,探讨了非扫描相关解调系统的总体方案,并设计了光路、电路与系统软件。光路部分主要涉及光路的结构优化、各个器件的参数确定以及光路对准;电路部分主要根据相关干涉信号的特征以及性能要求,实现了以FPGA为主控制模块,外围集成CCD线阵驱动模块、A/D信号模块以及串口通信模... 

【文章来源】：西安工业大学陕西省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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9）可近似为 Δ=λλ2m2qL 两边求微分可得腔长测量的相对误差为δλλλδ Δ Δ=2m2qL 2.20）带入式（2.22）中可得δΔλ+δ=2()2 qqmqLmλ 的测量误差，由此可知该解调方法的测量误差跟干涉级次辨率以及两波峰之间的周期数量均有关系。当然可以通过多次期数目的方法降低干涉级次和波长分辨率误差对解调位移精度

波长一般定位在 1100nm 以内，800nm 以上，限于制作材料与工艺，还没有可见光波段的 SLED 光源，中心波长多以 850、830 和 980nm 为主。如图 2.21（a）所示为解调系统采用的 SLED 光源，中心波长 850nm，3dB 带宽 60nm，光谱范围覆盖 780~900nm，单模光纤耦合输出，fc/apc 接头，典型功率 15mW，其光谱分布如图 2.21（b）所示。同时为了避免 2× 2光纤耦合器的返回光太强烧毁 SLED 光源，光源后端必须加光纤隔离器，且已内置在光源机箱内，光纤隔离器中心波长 850nm，在 850± 50nm 宽光谱范围内仅有2dB 的插入损耗，隔离度可到 32dB。


本文编号：3324769