基于微波光子与色散的弱光栅阵列高速解调研究
发布时间：2021-09-06 04:28
全同弱光栅阵列因具有反射损耗小、信号串扰弱、制作成本低、易于实现大容量等诸多优良特性而被广泛应用在众多工程领域。但在旋转机械动态检测、高速列车轮轨监测等多点高频信号测量领域,日益复杂的监测需求对全同弱光栅传感系统的动静态高速解调能力、复用容量及使用成本等提出了更高的要求。本文基于微波光子技术与光纤色散效应,通过跨扫频周期快速地形成光栅差频信号,将光栅波长漂移信息转换到频率域,结合优化后的频谱细化算法,实现全同弱光栅传感阵列的高速高精度解调。论文的主要研究内容如下:（1）分析光纤光栅的温度及振动传感机理;理论与仿真研究瑞利散射、多径反射及光栅反射率等因素对全同弱光栅阵列复用容量的影响;并对微波光子技术与光纤色散效应进行原理研究,建立波长域-频率域转换的数学模型。（2）研究基于微波光子与色散的弱光栅阵列高速解调系统。光路构建方面,利用扫频周期40kHz、频带宽度500MHz1.5GHz的连续调频微波信号驱动LiNbO3调制器对宽带光进行频率调制,并采用掺铒光纤放大器与色散补偿光纤提供光学增益和色散系数;电路设计方面,设计微波混频器、低通滤波器等电...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤色散示意图
图 3-3 混频器功能图与电路原理图分为 LO 本振放大、RF 电压电流转换、混频器内核、输电路等部分，其中 V-I 部分的基准电流由 Bias 电路产生，使能，VSET 端调整偏置电流，DET 端在 RF 输入大信号内核电流。当本振模块产生一对差分 LO 信号驱动混频器电压也被转换为 RF 电流后馈入混频器内核，内核由四个组成，输出混频后的中频 IF 信号。端分别输入850MHz与800MHz的微波信号测试其功能。形并处理，结果如图 3-4 所示。图 3-4（a）为 IF 端输出混频器已将 LO 与 RF 端的输入信号进行了混合，对波形-4（b）所示，频谱分布中清晰出现了两输入的差频 50MHz可知所设计混频器工作正常。混频器输出波形
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.00.000.250.501.65GHz和频信号频率(GHz)值幅(V)差频信号（b）输出波形频谱分布图 3-4ADL5801 微波混频器功能测试系统根据输出差频信号解调，则在微波混频器后使用低通滤波器滤出差据光栅阵列的长度计算和频频率约为 1GHz~3GHz，差频频率约为 0~100M采用 100MHz 的低通滤波器即可。滤波器常用频率响应有 Bessel、Butterw Chebyshev 三种类型，其中 Butterworth 具有相对平坦的带宽和适当的截止，因此选择 Butterworth 型作为滤波器频率响应类型。为保证滤波器滤波效好，此处采用七阶滤波器。利用Filter Solutions滤波器软件设计七阶Butterw LC 低通无源滤波器，其电路原理图如图 3-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展[J]. 刘铁根,于哲,江俊峰,刘琨,张学智,丁振扬,王双,胡浩丰,韩群,张红霞,李志宏. 物理学报. 2017(07)
[2]长距离分布式光纤传感技术研究进展[J]. 饶云江. 物理学报. 2017(07)
[3]基于弱光纤光栅阵列的分布式振动探测系统[J]. 刘胜,韩新颖,熊玉川,文泓桥. 中国激光. 2017(02)
[4]Industrial and medical applications of fiber Bragg gratings（Invited Paper）[J]. Zhengyong Liu,Hwa-Yaw Tam. Chinese Optics Letters. 2016(12)
[5]时分复用光纤光栅系统的边缘滤波解调与标定[J]. 巩鑫,华灯鑫,李仕春,王骏,代晨昱. 中国激光. 2016(10)
[6]基于连续扫频光时域反射的全同弱光栅高速解调方法[J]. 王一鸣,胡陈晨,刘泉,郭会勇,殷广林,李政颖. 物理学报. 2016(20)
[7]基于四项最低旁瓣Nuttall窗的插值FFT谐波分析[J]. 李得民,何怡刚. 电测与仪表. 2016(14)
[8]基于复合波长参考的温度稳定光纤光栅传感解调研究[J]. 江俊峰,何盼,刘铁根,刘琨,王双,潘玉恒,俞琳,闫金玲. 光学学报. 2015(10)
[9]结合波分复用和空分复用的光纤光栅串口总线式检测系统[J]. 张勇军,赵振刚,许俊飞,王洪亮,王达达,李川. 光学技术. 2015(03)
[10]光纤化学传感技术研究近况[J]. 汪舰,魏建平,杨波,高志扬,张利伟,杨学峰. 光谱学与光谱分析. 2014(08)
博士论文
[1]CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道振动频域与波导特性研究[D]. 代丰.西南交通大学 2016
[2]微波光子技术及光纤布拉格光栅在微波及传感系统中的应用[D]. 高亮.南京大学 2014
[3]总线拓扑结构的大容量光纤光栅传感网络和系统研究[D]. 朱方东.武汉理工大学 2014
硕士论文
[1]基于微波光子学的频率测量技术研究[D]. 陈均.西安电子科技大学 2017
[2]旋转叶片振动监测与分析方法研究[D]. 刘豪.南京航空航天大学 2017
[3]汽轮机振动信号的频谱细化分析[D]. 左俊峰.西安工业大学 2016
[4]基于粗时分大容量光纤光栅传感系统的研究[D]. 刘亚冲.燕山大学 2016
[5]Ge/Si波导型雪崩光电二极管研究[D]. 王婷.重庆邮电大学 2016
[6]色散补偿光子晶体光纤的设计及特性分析[D]. 程旭.北京邮电大学 2015
[7]光纤光栅智能拉索在泗阳大桥工程中的研究与应用[D]. 庄劲松.吉林大学 2014
[8]光纤法珀传感器解调方法的研究[D]. 盛龙.电子科技大学 2014
[9]基于WDM和OTDR的弱反射光栅测温系统研究与实现[D]. 谢晓鹏.燕山大学 2013
[10]基于FMCW/WDM混合复用技术的光纤光栅传感网络研究[D]. 王莹.哈尔滨理工大学 2012
本文编号：3386747
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光纤色散示意图
图 3-3 混频器功能图与电路原理图分为 LO 本振放大、RF 电压电流转换、混频器内核、输电路等部分，其中 V-I 部分的基准电流由 Bias 电路产生，使能，VSET 端调整偏置电流，DET 端在 RF 输入大信号内核电流。当本振模块产生一对差分 LO 信号驱动混频器电压也被转换为 RF 电流后馈入混频器内核，内核由四个组成，输出混频后的中频 IF 信号。端分别输入850MHz与800MHz的微波信号测试其功能。形并处理，结果如图 3-4 所示。图 3-4（a）为 IF 端输出混频器已将 LO 与 RF 端的输入信号进行了混合，对波形-4（b）所示，频谱分布中清晰出现了两输入的差频 50MHz可知所设计混频器工作正常。混频器输出波形
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.00.000.250.501.65GHz和频信号频率(GHz)值幅(V)差频信号（b）输出波形频谱分布图 3-4ADL5801 微波混频器功能测试系统根据输出差频信号解调，则在微波混频器后使用低通滤波器滤出差据光栅阵列的长度计算和频频率约为 1GHz~3GHz，差频频率约为 0~100M采用 100MHz 的低通滤波器即可。滤波器常用频率响应有 Bessel、Butterw Chebyshev 三种类型，其中 Butterworth 具有相对平坦的带宽和适当的截止，因此选择 Butterworth 型作为滤波器频率响应类型。为保证滤波器滤波效好，此处采用七阶滤波器。利用Filter Solutions滤波器软件设计七阶Butterw LC 低通无源滤波器，其电路原理图如图 3-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展[J]. 刘铁根,于哲,江俊峰,刘琨,张学智,丁振扬,王双,胡浩丰,韩群,张红霞,李志宏. 物理学报. 2017(07)
[2]长距离分布式光纤传感技术研究进展[J]. 饶云江. 物理学报. 2017(07)
[3]基于弱光纤光栅阵列的分布式振动探测系统[J]. 刘胜,韩新颖,熊玉川,文泓桥. 中国激光. 2017(02)
[4]Industrial and medical applications of fiber Bragg gratings（Invited Paper）[J]. Zhengyong Liu,Hwa-Yaw Tam. Chinese Optics Letters. 2016(12)
[5]时分复用光纤光栅系统的边缘滤波解调与标定[J]. 巩鑫,华灯鑫,李仕春,王骏,代晨昱. 中国激光. 2016(10)
[6]基于连续扫频光时域反射的全同弱光栅高速解调方法[J]. 王一鸣,胡陈晨,刘泉,郭会勇,殷广林,李政颖. 物理学报. 2016(20)
[7]基于四项最低旁瓣Nuttall窗的插值FFT谐波分析[J]. 李得民,何怡刚. 电测与仪表. 2016(14)
[8]基于复合波长参考的温度稳定光纤光栅传感解调研究[J]. 江俊峰,何盼,刘铁根,刘琨,王双,潘玉恒,俞琳,闫金玲. 光学学报. 2015(10)
[9]结合波分复用和空分复用的光纤光栅串口总线式检测系统[J]. 张勇军,赵振刚,许俊飞,王洪亮,王达达,李川. 光学技术. 2015(03)
[10]光纤化学传感技术研究近况[J]. 汪舰,魏建平,杨波,高志扬,张利伟,杨学峰. 光谱学与光谱分析. 2014(08)
博士论文
[1]CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道振动频域与波导特性研究[D]. 代丰.西南交通大学 2016
[2]微波光子技术及光纤布拉格光栅在微波及传感系统中的应用[D]. 高亮.南京大学 2014
[3]总线拓扑结构的大容量光纤光栅传感网络和系统研究[D]. 朱方东.武汉理工大学 2014
硕士论文
[1]基于微波光子学的频率测量技术研究[D]. 陈均.西安电子科技大学 2017
[2]旋转叶片振动监测与分析方法研究[D]. 刘豪.南京航空航天大学 2017
[3]汽轮机振动信号的频谱细化分析[D]. 左俊峰.西安工业大学 2016
[4]基于粗时分大容量光纤光栅传感系统的研究[D]. 刘亚冲.燕山大学 2016
[5]Ge/Si波导型雪崩光电二极管研究[D]. 王婷.重庆邮电大学 2016
[6]色散补偿光子晶体光纤的设计及特性分析[D]. 程旭.北京邮电大学 2015
[7]光纤光栅智能拉索在泗阳大桥工程中的研究与应用[D]. 庄劲松.吉林大学 2014
[8]光纤法珀传感器解调方法的研究[D]. 盛龙.电子科技大学 2014
[9]基于WDM和OTDR的弱反射光栅测温系统研究与实现[D]. 谢晓鹏.燕山大学 2013
[10]基于FMCW/WDM混合复用技术的光纤光栅传感网络研究[D]. 王莹.哈尔滨理工大学 2012
本文编号：3386747
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