多通道光纤光栅传感解调系统研究

摘要

光纤光栅传感技术的不断发展，使其应用领域日益扩大。在航空航天、船舶航运领域和电力石油化工以及桥梁公路隧道等领域，光纤光栅传感技术都发挥了巨大的作用。由光纤光栅传感技术目前的发展态势，可以看到各类新型光纤光栅传感器的研制应用，传感系统网络规模日益扩大，这对光纤光栅传感解调系统的稳定性和功能提出了更高的要求。在此背景下，设计开发出一种适用于大型复杂的光纤光栅传感网络的解调系统成为一种迫切的需要。本文以多通道光纤布喇格光栅传感解调系统作为研究主题，深入探讨了光纤光栅传感的应用现状和发展趋势，说明了本文研究的目的和意义，阐述了光纤光栅传感基本原理和几种常用的解调方法，并进行分析和比较，在此基础上构建多通道光纤光栅传感解调系统，对系统采用模块化设计，深入讨论系统中的可调谐窄带激光光源模块和系统波长校准模块，对构建的解调系统进行实验并得出结论。
　　 本文论述了光纤光栅传感技术的研究应用现状和发展趋势，简要介绍了光纤光栅的制作方法，讨论了光纤光栅的波长解调方法，详细分析了可调谐窄带光源法，构建了一种基于可调谐窄带激光光源的多通道解调方案。分析了光放大器SOA和可调谐F-P滤波器的特性和工作原理，对系统中使用的可调谐窄带激光光源的光谱和功率进行测试，结果表明输出的光功率及光谱较之传统光源有着明显提高，可以改善系统的信噪比和解调精度，满足系统多通道解调的需求。对多通道光纤光栅传感解调系统进行了研究与设计，根据系统要求，将光源分为八份，并接入八台32通道光纤光栅解调器，有效使用了系统光源，并且提高了系统的使用灵活度，能够根据工程需要实时调整。同时，对系统波长校准部分进行了深入探讨，比较了使用参考光栅和采用梳状滤波器作为系统的波长校准参考的实验数据，采用梳状滤波器作为系统的波长校准的参考。对梳状滤波器的工艺制作进行了改进，在制作中引入了零温度系数玻璃，降低了梳状滤波器的温漂。最后，对整个系统进行试验，系统可以同时对256通道进行解调，系统频率为50Hz，解调范围在1270nm~1350nm，系统分辨率达到1pm，达到系统预期。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2光纤光栅传感技术的发展现状

1.3光纤光栅传感技术的应用与发展趋势

1.4研究目的和意义

1.5本文主要研究内容

第2章 光纤光栅传感机理及解调技术

2.1光纤光栅传感机理

2.2光纤布喇格光栅解调技术

2.2.1光谱仪检测

2.2.2边缘滤波法

2.2.3匹配光栅解调

2.2.4非平衡马赫尔-曾德干涉法

2.2.5迈克尔逊干涉仪

2.2.6可调谐F-P滤波解调

2.2.7色散解调

2.2.8可调谐窄带光源解调

2.3本章小结

第3章 多通道大容量光纤光栅传感解调系统研究

3.1系统设计目标

3.2系统总体设计

3.3可调谐窄带激光光源

3.4 32通道光电接收

3.5光电转换模块

3.6光电信号数据处理

3.7波长校准

3.8系统解调原理

第4章 解调系统关键技术的研究

4.1可调谐窄带激光光源

4.1.1可调谐F-P滤波器的原理及特性

4.1.2半导体光放大器

4.1.3基于F-P滤波器和SOA的可调谐窄带激光光源

4.1.4可调谐窄带激光光源在系统中的应用

4.2光梳状滤波器

4.2.1光梳状滤波器的基本原理

4.2.2系统中使用的光梳状滤波器研究

4.2.3光梳状滤波器的制作方法改进

4.2.4使用光梳状滤波器的波长校准方法

4.2.5测试结果比较

4.3系统实验结果

第5章 总结与展望

5.1总结

5.2本文创新点

5.3展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文