本文關(guān)鍵詞：高分辨率的多路復(fù)用光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)研究

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【摘要】：分布式光纖光柵溫度傳感系統(tǒng)是一種具備多種優(yōu)點(diǎn)、極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦蛥?shù)測量系統(tǒng),具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、可同時(shí)測量應(yīng)變和溫度、測量精度高、系統(tǒng)重量輕的特點(diǎn),是航天載荷參數(shù)測量的重要發(fā)展方向。本課題將在原有工作基礎(chǔ)上研制高性能的光纖光柵解調(diào)測量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對待測結(jié)構(gòu)件各監(jiān)控點(diǎn)溫度的高靈敏度實(shí)時(shí)測量。文中設(shè)計(jì)并搭建了一套基于緊湊型可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的高分辨率的可復(fù)用光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng)。解調(diào)測試系統(tǒng)采用波長調(diào)諧范圍為1546nm至1558nm的緊湊型可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為激光源,以提高系統(tǒng)的簡潔性、波長分辨率以及響應(yīng)速率,通過加入標(biāo)準(zhǔn)氣室作為波長基準(zhǔn)以提高系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。使用電流直接調(diào)制的辦法,實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器高達(dá)lpm分辨率的準(zhǔn)連續(xù)波長掃描。對于解調(diào)測試系統(tǒng)的解調(diào)過程進(jìn)行了模擬,分析了激光器掃描步長與解調(diào)誤差之間的定性關(guān)系。得出了解調(diào)誤差隨激光器掃描步長增大而增大,并略小于掃描步長這一結(jié)論。從而推論出,以lpm波長分辨率掃描,可以得到優(yōu)于lpm的解調(diào)波長分辨率。隨后對重心算法進(jìn)行了算法魯棒性模擬和分析,分析了在不同程度的各類噪聲影響下,算法解調(diào)誤差的波動情況。經(jīng)過多次隨機(jī)模擬,驗(yàn)證了算法穩(wěn)定性高、受噪聲影響小的特性,為接下來的實(shí)驗(yàn)打下了良好的理論基礎(chǔ)。在解調(diào)時(shí),利用分段掃描和重心算法提高光纖光柵中心波長的解調(diào)精確度和穩(wěn)定性。通過測試單根FBG的波長解調(diào)情況以及在外加控溫的情況下的溫度波動情況,得到測溫傳感系統(tǒng)的波長分辨率優(yōu)于lpm,精確度接近2pm,在1550nm附近獲得0.1℃的溫度分辨率。通過在30℃～120℃大范圍改變環(huán)境溫度,測試得到解調(diào)波長隨溫度變化線性度良好,重復(fù)度高。通過串接多根FBG進(jìn)行測試,驗(yàn)證了系統(tǒng)的復(fù)用能力。解調(diào)系統(tǒng)的解調(diào)周期約為30s,已經(jīng)能夠滿足常用的各類傳感場景的要求。測試結(jié)果表明,系統(tǒng)長時(shí)間工作穩(wěn)定,分辨率高,具有較廣泛的應(yīng)用背景。
【關(guān)鍵詞】：光纖光學(xué) 光纖光柵傳感系統(tǒng) 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器 準(zhǔn)連續(xù)波長掃描 重心算法
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN253
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 研究基礎(chǔ)11-12
• 1.3 國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展12-16
• 1.4 研究目的與意義16-18
• 1.5 章節(jié)安排18-19
• 1.6 本章小結(jié)19-20
• 2 光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及波長解調(diào)原理20-38
• 2.1 光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案20-22
• 2.2 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與組成22-23
• 2.3 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的光學(xué)部分設(shè)計(jì)方案與實(shí)驗(yàn)23-28
• 2.4 光電轉(zhuǎn)換與信號處理電路設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)28-31
• 2.5 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)31-33
• 2.6 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的準(zhǔn)連續(xù)波長掃描方法及實(shí)驗(yàn)33-35
• 2.7 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的波長解調(diào)原理35-37
• 2.8 本章小結(jié)37-38
• 3 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的特性模擬及實(shí)驗(yàn)分析38-50
• 3.1 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的解調(diào)過程的特性模擬38-39
• 3.2 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的重心算法魯棒性分析39-42
• 3.3 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的解調(diào)過程及算法模擬小結(jié)42-43
• 3.4 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的單根FBG波長解調(diào)測試43-45
• 3.5 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的單根FBG波長穩(wěn)定性測試45-46
• 3.6 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)的多根FBG解調(diào)測試46-48
• 3.7 光纖光柵解調(diào)測試系統(tǒng)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測試的討論和分析48
• 3.8 本章小結(jié)48-50
• 4 總結(jié)和展望50-52
• 4.1 本論文的主要工作50
• 4.2 本論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)50-51
• 4.3 后續(xù)工作展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-56
• 作者簡歷56-58
• 發(fā)表文章目錄58

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本文編號：768261