本文選題：光纖光學　切入點：光纖光柵傳感解調系統(tǒng)　出處：《南京大學》2015年碩士論文

【摘要】：以光纖技術為基礎發(fā)展起來的光纖無源及有源器件一直是全世界學者研究的重點,也是相關行業(yè)各公司新技術新產品的研發(fā)核心。光纖布拉格光柵便是其中一個典型的應用器件,它是一種可以將外界多種環(huán)境參量轉換成光柵的布拉格反射中心波長信息變化量的器件。其優(yōu)勢在于有效避免了多種外界不穩(wěn)定因素的影響,并降低了傳統(tǒng)傳感器使用時受到的電磁干擾,同時以其優(yōu)異的低成本效應,被越來越多的行業(yè)探索使用。在傳感解調系統(tǒng)中,最為關鍵的技術是如何準確并穩(wěn)定的解調出布拉格反射波長變化以實現(xiàn)對外界環(huán)境參量的傳感,這也是本文的研究重點。本文從基本的模式耦合原理入手,推導出光纖光柵的溫度及應力傳感模型,然后對比了現(xiàn)有解調方法的優(yōu)劣勢,選擇使用目前應用最為廣泛的光纖法布里-珀羅(Fabry-Perot)濾波法進行解調。但是由于光纖法布里-珀羅濾波器調諧時存在蠕動、磁滯和非線性特性,嚴重影響解調系統(tǒng)的精度與穩(wěn)定性。為了解決該問題,本文結合光纖法布里-珀羅(Fabry-Perot)標準具提出了一種基于頻譜分區(qū)的解調方案,使用標準具動態(tài)校準濾波器的波長讀取值,很好的消除了由濾波器調諧的溫漂和蠕動引起的測量誤差；同時利用ASE光源特性進行頻譜分區(qū)解調,大大降低了濾波器調諧時非線性的影響,使得解調系統(tǒng)具有很高的解調精度和很好的穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的性能,設計與制作了以DSP2812為核心的高速硬件控制與采集電路,并結合LabVIEW和Matlab設計了計算機端的數(shù)據(jù)處理程序與整個系統(tǒng)的交互界面,豐富了系統(tǒng)功能,簡化了操作難度。最后對該系統(tǒng)的性能進行了測試,并對系統(tǒng)可能存在的誤差進行了分析,實驗結果表明本文所設計的系統(tǒng)穩(wěn)定性為0.97pm,分辨率達到了0.33pm,溫度解調誤差為0.03-0.13。C,線性度為0.9999,相對于傳統(tǒng)濾波器法,本系統(tǒng)的溫度解調精度和穩(wěn)定性均得到了很大提升。驗證了本系統(tǒng)能夠應用到實際中進行溫度的實時監(jiān)控。
[Abstract]:Passive and active optical fiber devices developed on the basis of optical fiber technology have been the focus of scholars all over the world. It is also the core of the research and development of new technology and new products of companies in related industries. Fiber Bragg grating is one of the typical application devices. It is a kind of device which can convert a variety of environmental parameters from the outside to the Bragg reflection center wavelength information of grating. Its advantage is that it can effectively avoid the influence of many external instability factors. It also reduces the electromagnetic interference of traditional sensors and is used by more and more industries because of its excellent low cost effect. The key technology is how to demodulate the Bragg reflection wavelength change accurately and stably to realize the sensing of the external environment parameters, which is also the focus of this paper. The temperature and stress sensing models of fiber gratings are derived, and the advantages and disadvantages of the existing demodulation methods are compared. The most widely used fiber Fabry-Perot filtering method is chosen for demodulation. However, due to the peristaltic, hysteresis and nonlinear characteristics of fiber Fabry-Perot filter tuning, The precision and stability of demodulation system are seriously affected. In order to solve this problem, a demodulation scheme based on spectrum partition is proposed in this paper, which combines Fabry-Perot (Fabry-Perot) standard with fiber Fabry-Perot, and uses the standard wavelength to calibrate the wavelength of the filter dynamically. The measurement error caused by the temperature drift and creeping of filter tuning is eliminated well, and the frequency spectrum is demodulated by using the characteristic of ASE light source, which greatly reduces the nonlinear effect of filter tuning. The demodulation system has high demodulation precision and good stability. In order to realize the performance of the system, a high-speed hardware control and acquisition circuit based on DSP2812 is designed and fabricated. The interaction interface between the computer end data processing program and the whole system is designed by combining LabVIEW and Matlab, which enriches the system function and simplifies the operation difficulty. Finally, the performance of the system is tested. The experimental results show that the system stability is 0.97 pm, the resolution is 0.33 pm, the temperature demodulation error is 0.03-0.13.C, and the linearity is 0.9999, compared with the traditional filter method. The temperature demodulation accuracy and stability of the system have been greatly improved, and it is verified that the system can be applied to the real time temperature monitoring.
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP212;TN713

【參考文獻】

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本文編號：1657827