本文關(guān)鍵詞： 光纖干涉型傳感器 相位生成載波 光纖條紋計數(shù) 相位測量　出處：《吉林大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：海嘯作為一種常見的自然危害,嚴重影響了沿海居民的生活和安全,有效的實現(xiàn)海嘯預警顯得十分重要。近年光纖傳感技術(shù)不斷發(fā)展,由于光纖干涉型傳感器體積小,質(zhì)量輕,靈敏度高,耐腐蝕,抗電磁干擾的特點,成為海洋監(jiān)測與預警方面的熱門課題。海嘯來臨的時候會伴隨著海底地震及海水的劇烈漲幅,因此通過光纖傳感技術(shù)實現(xiàn)低頻振動與水位水壓的測量在海嘯預警中具有重要意義。本文的主要研究目的為設(shè)計合適的干涉型光纖傳感器實現(xiàn)振動與壓力的測量,研究恰當?shù)慕庹{(diào)方法,提高測量的穩(wěn)定性與可靠性。本文首先對海嘯的產(chǎn)生原因及災害進行了闡述,介紹了干涉型光纖傳感器的發(fā)展歷程,同時介紹了干涉型光纖傳感器產(chǎn)生干涉的條件以及傳感的結(jié)構(gòu)。然后對適用于光纖干涉型傳感器的解調(diào)方法進行了說明,重點介紹了相位生成載波調(diào)制解調(diào)算法與干涉條紋計數(shù)解調(diào)算法,兩種方案分別適用于振動與壓力的測量。接著對相位生成載波調(diào)制解調(diào)算法中的微分交叉相乘解調(diào)算法與反正切解調(diào)算法進行了分析,由于微分交叉相乘解調(diào)算法具有容易受光源擾動影響的缺點,反正切解調(diào)算法具有動態(tài)范圍小的缺點,因此本文分別提出了一種改進的解調(diào)算法與一種反正切解調(diào)算法的相位補償方案,并通過數(shù)值仿真進行了解調(diào)結(jié)果的對比論證,驗證了改進方案的可行性。在壓力測量方面通過結(jié)合過零檢測方案與閾值判別方案提出了一種雙向雙閾值條紋計數(shù)方案并通過仿真進行了分析,分析表明該方案相對于傳統(tǒng)算法的解調(diào)精度提高了4倍。搭建了基于邁克爾遜干涉的振動傳感系統(tǒng)與基于馬赫-增德爾干涉的壓力傳感系,最終在低頻測量方面最低可以實現(xiàn)0.4 Hz的頻率測量,振幅的測試范圍大于100 d B.在壓力方面可以實現(xiàn)π/4的相位改變量,25μm的光纖長度的改變量以及1.1 cm的液位改變量的測量。
[Abstract]:As a common natural hazard, tsunami has seriously affected the life and safety of coastal residents. It is very important to effectively realize tsunami warning. In recent years, fiber optic sensing technology has been developing continuously. Because of the small size, light weight, high sensitivity, corrosion resistance and electromagnetic interference resistance of optical fiber interferometric sensor. It has become a hot topic in ocean monitoring and early warning. When the tsunami comes, it will be accompanied by the sea floor earthquake and the sharp increase of sea water. Therefore, the measurement of low frequency vibration and water pressure through optical fiber sensing technology is of great significance in tsunami warning. The main purpose of this paper is to design a suitable interferometric optical fiber sensor to measure vibration and pressure. . Research on the appropriate demodulation method to improve the stability and reliability of the measurement. Firstly, this paper describes the cause and disaster of the tsunami, and introduces the development of interferometric optical fiber sensor. At the same time, the condition of interference and the structure of interferometric fiber sensor are introduced. Then the demodulation method suitable for fiber optic interferometric sensor is introduced. The algorithm of phase-generated carrier modulation and demodulation and the counting and demodulating algorithm of interference fringes are introduced in detail. The two schemes are suitable for the measurement of vibration and pressure respectively. Then the differential cross-multiplication demodulation algorithm and the inverse tangent demodulation algorithm of phase-generated carrier modulation and demodulation algorithm are analyzed. Because the differential cross multiplication demodulation algorithm is easy to be affected by the disturbance of the light source, the inverse tangent demodulation algorithm has the disadvantage of small dynamic range. Therefore, this paper proposes a phase compensation scheme of an improved demodulation algorithm and a kind of algorithm based on the tangent demodulation, and compares the demodulation results by numerical simulation. The feasibility of the improved scheme is verified. In the aspect of pressure measurement, a bidirectional double-threshold fringe counting scheme is proposed by combining zero-crossing detection scheme with threshold discrimination scheme and analyzed by simulation. The analysis shows that the demodulation accuracy of this scheme is four times higher than that of the traditional algorithm. A vibration sensing system based on Michelson interference and a pressure sensing system based on Mah-Zendel interference are built. Finally, the lowest frequency measurement of 0.4 Hz can be realized in low frequency measurement, the measurement range of amplitude is larger than 100 dB, and the phase change of 蟺 / 4 can be realized in the aspect of pressure. The change of fiber length of 25 渭 m and liquid level of 1.1 cm were measured.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P715.5

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本文編號：1448489