差动式塑料光纤线/角位移传感技术研究

摘要

相对于干涉式的光纤位移传感器，强度调制型光纤位移传感器由于具有结构简单、性能可靠、价格低廉、设计灵活、响应速度快等优势在非接触的精密位移测量中得到了广泛应用。此前，大部分的研究是基于石英光纤作为传感材质的。与传统的石英光纤相比，塑料光纤具有数值孔径大、成本较低、韧性较好等优势，在光纤传感领域具有广泛的应用前景。
　　本课题“差动式塑料光纤线/角位移传感器”主要是利用塑料光纤作为传输光纤，以差动调制为理论基础，对强度调制型线/角位移传感技术进行研究，为研究具有高灵敏度、强抗干扰能力的光纤位移传感器研制提供理论和实验基础。主要内容包括：
　　基于光纤对存在径向初始间距时光纤对线/角位移传感光强调制特性分析，提出了差动强度调制光纤线/角位移传感技术，在提高系统灵敏度、抑制光源等光强波动等基础上，实现双极性线/角位移测量，并建立光强调制函数模型，进而分析了传感器特征函数对光强调制特性的影响规律，为高灵敏度、强抗干扰、可绝对跟踪测量的光纤线/角位移研制提供理论和实验基础。
　　在确定光纤线/角位移传感整体方案设计基础上，选取合适的光源及光电探测器，基于微弱信号检测理论完成了光电信号处理电路的设计。该系统主要包括光源调制、光电探测、前置放大、带通滤波、相敏检波和低通滤波。完成了数据采集系统的设计。此采集系统主要包括A/D转换、USB数据传输、FPGA控制和上位机。为前面提出的理论模型的验证提供了实验条件。
　　最后通过实验分别验证了差动透射式光纤位移传感技术、差动透射倾斜式光纤位移传感技术以及差动式角位移传感技术的可行性。

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第1章 绪论

1.1强度调制型光纤位移传感器的发展现状

1.2塑料光纤的特性

1.3课题研究的目的及意义

第2章 差动式光纤位移传感原理研究

2.1 引言

2.2 差动透射式光纤位移传感技术

2.3 差动倾斜透射式光纤位移传感技术

2.4差动式光纤角位移传感技术

2.9 本章小结

第3章 塑料光纤位移传感器系统

3.1 引言

3.2 关键器件的选取

3.3 光电信号处理系统

3.4数据采集系统的硬件设计

3.5 USB数据传输部分

3.6 FPGA的选择与控制

3.7 软件设计部分

3.8 本章小结

第4章 实验验证

4.1 引言

4.2 基本实验装置的构建

4.3差动透射式光纤传感技术实验验证

4.4 差动倾斜透射式光纤位移传感技术实验验证

4.5 差动式角位移传感技术实验验证

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢