基于粗时分大容量光纤光栅传感系统的研究

发布时间：2017-09-05 23:06

  本文关键词：基于粗时分大容量光纤光栅传感系统的研究

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【摘要】：光纤光栅传感器应用以来以它独有的低耗能,可靠性强,抗腐蚀,应用范围广及抗电磁干扰能力强等众多优点,在各个领域倍受青睐,迅速成为传感器界研究的热点。随着科学技术的进步,桥梁、隧道、油井探测等大型工程日益增多,对传感器的要求也越发苛刻,实现多点检测成为传感器基本要求。光纤光栅传感器具有易于组网的特性,且光信号在光纤传输过程中,在时域和频域上有较为丰富的资源。本文设计一种基于粗时分的混合复用传感网络,该系统具有监测点复用数目多、系统稳定、反射信号强、实现简单等优点。首先,介绍了光纤光栅作为传感器的基本原理和优势,重点分析了温度传感器与温度传感器的传感原理。介绍了现有的光纤光栅传感系统,从复用、解调的方法,详细阐述了单一复用形式与混合复用形式,重点分析了各传感系统的优缺点和性能。其次,分别对时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)和波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)性能进行分析,设计一种基于粗时分的混合复用传感系统。引入粗分与容差的概念,系统采用TDM与WDM混合复用的方式,使用光开关进行时分复用,然后通过波导阵列光栅(arrayed waveguide grating,AWG)进行波分复用。树状结构的时分复用减小以往线状结构的串扰,采用强反射光栅增大了信噪比,粗时分结构降低了系统对信号源及光开关的要求。介绍了系统的结构组成,重点系统的性能进行分析。最后,采用Optisystem7.0仿真软件对系统进行仿真,采用控制变量的方法,将实验分为三组,证明了理论的可行性。总结了系统的不足与改进方法。
【关键词】：光纤传感 粗时分复用传感网 阵列波导光栅 波分复用 时分复用 混合复用技术
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的意义与背景10-11
• 1.2 光纤光栅传感网络的发展11-13
• 1.2.1 光纤光栅的发展11-12
• 1.2.2 光纤光栅的优势12
• 1.2.3 光纤光栅传感系统介绍12-13
• 1.3 课题研究的主要内容与安排13-15
• 第2章 光纤光栅传感系统理论基础15-30
• 2.1 光纤光栅传感器基本原理15-19
• 2.1.1 光纤光栅传感原理15-16
• 2.1.2 应力传感模型16-18
• 2.1.3 温度传感模型18-19
• 2.2 光纤光栅传感网络复用技术19-23
• 2.2.1 单一复用技术19-21
• 2.2.2 光纤光栅混合复用技术21-22
• 2.2.3 光纤传感网络拓扑结构22-23
• 2.3 光纤光栅传感网络解调技术23-28
• 2.3.1 滤波解调法24-26
• 2.3.2 干涉解调法26-27
• 2.3.3 可调谐光源解调法27-28
• 2.3.4 阵列波导光栅(AWG)解调法28
• 2.4 本章小结28-30
• 第3章 粗时分复用的大容量传感系统30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 WDM/TDM性能分析30-34
• 3.2.1 TDM性能分析30-33
• 3.2.2 WDM性能分析33-34
• 3.3 粗时分复用大容量传感系统设计34-36
• 3.4 粗分复用传感系统的组成36-40
• 3.4.1 光源模块36-37
• 3.4.2 光开关模块37-38
• 3.4.3 AWG解调系统模块38-40
• 3.5 系统性能分析40-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 基于粗时分大容量传感系统仿真44-57
• 4.1 系统的仿真44-49
• 4.1.1 OptiSystem 7.0 介绍44-45
• 4.1.2 系统的仿真45-49
• 4.2 仿真结果与分析49-56
• 4.3 本章小结56-57
• 结论57-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果63-64
• 致谢64

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