基于可调谐激光器的光纤布拉格光栅传感技术研究

摘要

实时测量应力、应变，在工程应用中是非常重要的。光纤布拉格光栅（FBG）作为应力传感器具有高灵敏度、抗电磁干扰、寿命长等特点，借助于光通信的高可靠性器件，能够大大的降低传感成本。FBG传感器通过复用的方法，可以形成传感网络，从而大大降低传感器布线的难度。
　　本文首先研究了基于可调谐激光器的 FBG传感测量与复用方式，实现了啁啾信号作为调制信号，利用其时间相关特性实现FBG传感器的时分复用。通过设置啁啾函数的初始与最终频率，从而实现 FBG间隔为10ns的时分复用。该方案能够降低解调设备对于高速ADC的要求，能够大大降低解调仪的成本，并提高了FBG的复用个数。
　　为了进一步提高传感性能，本文研究了一种基于波长可精密调谐的分布式布拉格反射（DBR）激光器。DBR激光器应用于FBG传感，具有信噪比高、能量利用率高、波长定位精度高等优点。但是普通DBR激光器在波长的光谱调谐范围比较窄，不能适用于FBG传感的需求。而其他类型激光器虽然范围较大，但定位精度低，也不能满足传感需求。本文研究了用于光纤通信系统的 DS-DBR激光器，该激光器仅能在光通信标准要求的波长之间调谐，不符合FBG传感需求。根据其调谐原理，提出了波长连续可调调谐的方案DS-DBR激光器，通过对激光器驱动器的重新设计，实现了0.1pm精度连续可调的激光输出，50nm光谱范围调谐速度可达1MHz。
　　基于数字信号处理器（DSP）技术和高速可调谐激光器，本文实现了FBG传感在应力测量中的演示，并对传感系统进行了实验测试。本文首先测试了单FBG传感系统的直接扫描实验，获得了较高的传感精度，实验中，精度可达0.1pm。然后采用啁啾时分复用系统，分别测试了其静态稳定性和连续测量中的传感性能。测量精度有所降低，为4pm。本文分析为不同位置FBG信号间的串扰噪声引起了测量精度的降低。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2光纤光栅传感现状及国内外进展

1.3 本论文主要研究内容

第2章 FBG应力传感的复用与解调系统的设计与实现

2.1 FBG传感系统的复用方法分析

2.2啁啾时分复用方法的提出

2.3啁啾解调系统的实现

2.4本章小结

第3章 用于光纤传感的高速可调谐激光器的改进设计与实现

3.1可调谐激光器原理

3.2 DS-DBR可调谐激光器调谐性能研究

3.3 FP标准具波长参考模块

3.4快速连续可调谐激光器的研制

3.5本章小结

第4章 FBG传感系统测量实验

4.1基于可调谐激光器的单FBG传感系统

4.2啁啾时分复用的阵列FBG传感系统

4.3本章小结

结论

参考文献

声明

致谢

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