光纤法布里--珀罗微压传感器解调技术研究

摘要

伴随着工业环境、自动化程度的日益复杂，人们对压力传感器的需求越来越大，要求也越来越苛刻。光纤微压传感器以其抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、灵敏度高等优势逐渐进入人们的视野，它能较好地满足现代传感器的微小型化以及光纤询问功能等的要求，易于实现新型的光纤传感测量网络。为了更安全、准确、可靠地获取压力测量值，提高测量精度，需要选取高精度的智能化的可靠的压力测试系统来满足工业实践、科学研究等领域的应用需求。 常用的光纤法珀传感器解调法有两种:强度解调和相位解调。然而强度解调法中，单波长强度解调法，虽然方法简单，但易受光源波动的影响;双波长强度解调法虽一定程度上避免了外界因素带来的干扰，但却因为挠度和解调方法的限制，使其测量范围受到很大约束;相位解调法中条纹计数法概念清晰、方法简单，但是谱峰值却很难精确读取，直接影响系统解调精度。针对以上问题的阐述，本文光纤法珀微压传感器采用了受干扰和量化误差影响小的傅里叶变换解调法，并在此基础上为了提高系统的分辨率和解调速度，又提出了线性调频Z变换，具体工作如下: 基于SU-8胶制备的光纤法布里—珀罗微压传感器的结构，研究了基于傅里叶变换解调技术(FFT)的基本理论模型，通过仿真模拟，理论证明了FFT解调具有不受光源干扰、解调精度更高的优势，搭建了动态微压测试系统，并完成了对基于SU-8胶制备的光纤法珀微压传感器的测试实验。为传感器的实用化提供了强有力的理论基础和实验验证。 基于膜片式光纤法布里—珀罗微压传感器的结构设计，进一步研究了线性调频Z变换(CZT)的解调基本原理，模拟仿真了此算法的可靠性，并将此算法应用于基于膜片式的光纤法珀微压传感器的微压测试。理论和实验证明了CZT相比于FFT具有更高的分辨率、更小的计算量、更快的解调速度以及更高的解调精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 光纤法珀传感器解调技术的研究现状

1．1．1 强度解调

1．1．2 相位解调

1．2 课题来源及本文研究内容、意义

1．2．1 课题来源

1．2．2 研究意义

1．2．3 研究内容

第2章 光纤法布里-珀罗微压传感器解调技术的基本原理

2．1 法珀腔的分类

2．2 多光束干涉理论

2．3 信号解调

2．3．1 强度解调

2．3．2 相位解调

2．4 本章小结

第3章 基于SU-8胶制备的光纤法珀微压传感器解调技术研究

3．1 传感头结构

3．1．1 结构介绍

3．1．2 压力响应特性

3．1．3 掩膜版

3．2 傅里叶变换解调原理

3．2．1 引言

3．2．2 基本原理

3．2．3 模拟仿真

3．3 软件设计

3．3．1 引言

3．3．2 软件界面设计

3．3．3 流程图设计

3．3．4 程序设计

3．4 基于傅里叶变换解调法制微压测试实验

3．4．1 实验系统

3．4．2 基于傅里叶变换解调法的实验结果分析

3．5 本章小结

第4章 基于膜片式光纤法珀微压传感器解调技术研究

4．1 传感头结构

4．1．1 结构介绍

4．1．2 力学模型分析

4．2 CZT变换解调原理

4．2．1 引言

4．2．2 基本原理

4．2．3 模拟仿真

4．3 软件设计

4．4 实验结果分析

4．5 本章小结

第5章 结束语

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文、成果

附录

致谢