电光相位调制器在干涉型光纤传感器中的应用

摘要

干涉型光纤传感因其具有高灵敏度、大动态范围等优点，发展成为当今光纤传感领域的研究热点之一。为了把有效信息从干涉信号中提取出来，需要有效的干涉信号解调手段来获取敏感外界参量的相位信息，在干涉型光纤传感器中通常采用相位生成载波(PGC)解调技术进行干涉信号的解调。相位载波的生成是PGC解调技术的关键因素。电光相位调制器是利用电光效应对光信号的相位进行调制的器件，主要特点是宽调制带宽、低传输损耗、小啁啾、低噪声等。电光相位调制器应用在干涉型光纤传感系统的PGC解调技术中，具有增大系统的动态解调范围，降低探测信号的噪声水平等潜在优势。
　　本文针对在迈克尔逊干涉仪型光纤传感系统中应用电光相位调制器提供相位载波的方法开展研究。详细阐述了干涉型光纤传感器的基本原理，重点分析了信号解调方式和相位生成载波方法。在此基础上，设计并搭建了基于Michelson干涉结构，电光相位调制的非接触干涉测量系统，对系统的性能进行了测试。讨论了造成系统偏振衰落的原因以及如何消除偏振衰落，使系统的稳定性得到提高。然后在应用了电光调制器进行相位调制的Michelson干涉仪两臂末端连接法拉第旋镜的系统结构进行研究，通过法拉第旋镜抑制偏振衰落，增强干涉信号的对比度，提高干涉仪的系统稳定度。在本论文中利用基于反正切(ARCTAN)运算的PGC解调技术解调出待测信号。在采样频率为100KHz的情况下，利用FRM消除偏振衰落的实验系统可测量频率范围达到1000Hz、峰峰值11V的范围内动态相位信号的稳定。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 光纤传感器中的光调制技术

1．3 干涉型光纤传感器

1．4 干涉型光纤传感器的应用

1．5 本文研究的主要内容

第2章 干涉型光纤传感系统及相位调制原理

2．1 光纤相位调制原理

2．2 干涉光纤传感器的基本原理

2．2．1 典型迈克尔逊(Michelson)光纤干涉传感器

2．2．2 典型马赫-曾德(Mach-Zehnder)光纤干涉传感器

2．3 干涉型光纤传感器的信号解调

2．3．1 主动零差相位解调法

2．3．2 被动零差相位解调法

2．3．3 外差相位解调法

2．4 相位生成载波解调方案

2．4．1 光纤光栅相位载波解调

2．4．2 压电陶瓷相位载波解调

2．4．3 电光相位调制器相位载波解调

2．5 基于ARCTAN运算的相位生成载波(PGC)解调的基本原理

2．6 本章小结

第3章 电光调制器在迈克尔逊光纤干涉仪结构非接触振动测量系统中的应用

3．1 迈克尔逊干涉结构电光调制器解调的实验结果分析

3．2 偏振分集接收(PDR)法消除非接触振动测量系统的偏振衰落

3．3 本章小结

第4章 电光调制器在FRM消除偏振衰落的干涉仪系统中的应用

4．1 法拉第旋镜(FRM)消除偏振衰落原理

4．2 FRM消除偏振衰落的迈克尔逊干涉仪系统及实验结果分析

4．3 本章小结

结论

参考文献

附录A 主要符号对照表

致谢