本文關(guān)鍵詞：基于分組測量和邊沿濾波的FBG傳感系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：光纖通信技術(shù)的發(fā)展帶動了各種光纖器件的研發(fā)和生產(chǎn),這些器件被各地學(xué)者們不斷研究并逐漸引入到光纖傳感的應(yīng)用中來。在這些有源和無源光器件中,光纖布拉格光柵是一個典型的器件,它可以將外界許多種類的物理參量轉(zhuǎn)換成其反射光的中心波長信息。相比于傳統(tǒng)傳感器具有多種優(yōu)勢,可以有效地避免外界許多無關(guān)因素的影響,不受電磁輻射的干擾。同時光纖布拉格光柵和作為傳輸介質(zhì)的光纖成本都十分低廉,空間體積小,適用于多種行業(yè)。隨著其應(yīng)用地不斷推廣,現(xiàn)在面臨的一個重要問題是,需要在單個系統(tǒng)中復(fù)用更多的光柵。本文的研究內(nèi)容就是如何提高光纖光柵傳感系統(tǒng)的復(fù)用容量和傳感距離。本文從基本的模式耦合原理入手,計算了光柵反射率與光柵參數(shù)之間的關(guān)系,并由此給出光纖光柵溫度及應(yīng)力傳感模型的推導(dǎo)過程。分別介紹了目前常用的波長解調(diào)方法和光纖光柵復(fù)用方法,并比較了它們的優(yōu)劣勢,在此基礎(chǔ)上提出了本文所設(shè)計的新型光纖光柵復(fù)用傳感系統(tǒng)。為了滿足大容量復(fù)用的設(shè)計需求,該系統(tǒng)采用了目前應(yīng)用最為廣泛的時分復(fù)用技術(shù)和弱反射光纖光柵,弱反射光柵可以有效地減少多反射和光譜陰影造成的串?dāng)_、提升系統(tǒng)復(fù)用能力。但是由于探測器的測量動態(tài)范圍有限,導(dǎo)致了系統(tǒng)的測量距離以及復(fù)用數(shù)量受到了限制。為了解決這一問題,本系統(tǒng)采用了分組測量的方法：對光纖上的光柵按照它們的遠(yuǎn)近位置分成多個編組,使用低功率的輸入光測量距離近的分組、高功率的輸入光測量距離遠(yuǎn)的分組。保證每組光柵的反射光強(qiáng)在探測器單次探測的動態(tài)范圍內(nèi),實現(xiàn)了對探測器動態(tài)范圍的重復(fù)利用。要實現(xiàn)分組測量法中一次測量一個編組光柵的能力,還需要一個快速實時的波長解調(diào)系統(tǒng)與之進(jìn)行配合。本文系統(tǒng)采用邊沿濾波法實現(xiàn)這一功能。邊沿濾波器的濾波譜隨輸入光波長線性變化,光在經(jīng)過濾波器時其波長信息被寫入到光強(qiáng)中,通過探測輸出光功率就能解調(diào)出輸入光的波長。通過結(jié)合使用分組測量和邊沿濾波,本文成功實現(xiàn)了一個長距離、大容量的快速光纖光柵傳感系統(tǒng)。本文隨后對系統(tǒng)進(jìn)行了測試,使用可調(diào)諧激光器掃頻,標(biāo)定了傳感光柵串的反射率和中心波長數(shù)據(jù)。使用幾個不同的邊沿濾波器進(jìn)行溫度傳感測試,在其中選取了最佳的濾波器,獲得了良好的溫度解調(diào)線性度。通過實驗比較了分組測量法和普通測量法的效果,結(jié)果表明分組測量法能夠有效提升系統(tǒng)的測量距離和信噪比。最后,本文根據(jù)系統(tǒng)的測試結(jié)果推算了系統(tǒng)的最大性能,介紹了分組的數(shù)量和每組長度的選取方法,分析了系統(tǒng)中主要的誤差來源和缺點并給出了對應(yīng)的改進(jìn)方法。
【關(guān)鍵詞】：光纖光學(xué) 光纖光柵傳感復(fù)用 分組測量 邊沿濾波 時分復(fù)用
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.1;TP212
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 引言13
• 1.2 光纖光柵發(fā)展歷程13-14
• 1.3 光纖光柵傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 光纖光柵的分類14-15
• 1.3.2 光纖光柵傳感器的優(yōu)勢15
• 1.3.3 光纖光柵傳感器的種類15-17
• 1.3.4 光纖光柵傳感器的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.5 大容量光纖光柵復(fù)用技術(shù)的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 光纖布拉格光柵原理和相關(guān)技術(shù)21-35
• 2.1 模式耦合理論21-25
• 2.2 傳感機(jī)理及模型25-27
• 2.2.1 光纖光柵溫度傳感原理25-26
• 2.2.2 光纖光柵應(yīng)變傳感原理26-27
• 2.3 光纖光柵解調(diào)技術(shù)27-31
• 2.3.1 直接調(diào)解法27-28
• 2.3.2 邊沿濾波法28-29
• 2.3.3 干涉解調(diào)法29
• 2.3.4 匹配光柵法29-30
• 2.3.5 Fabry-Perot濾波器法30-31
• 2.4 光纖光柵復(fù)用技術(shù)31-33
• 2.4.1 時分復(fù)用31-32
• 2.4.2 波分復(fù)用32
• 2.4.3 空分復(fù)用32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第三章 大容量光纖光柵復(fù)用傳感系統(tǒng)設(shè)計35-43
• 3.1 復(fù)用系統(tǒng)方案設(shè)計36-39
• 3.1.1 分組測量原理36-38
• 3.1.2 邊沿濾波原理38-39
• 3.2 復(fù)用系統(tǒng)各部分組成及其功能39-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第四章 系統(tǒng)測試與分析43-63
• 4.1 光柵串標(biāo)定43-47
• 4.1.1 光柵串標(biāo)定系統(tǒng)43-44
• 4.1.2 中心波長標(biāo)定44-45
• 4.1.3 反射率標(biāo)定45-47
• 4.1.4 光柵串標(biāo)定結(jié)果47
• 4.2 邊沿濾波器的選擇47-51
• 4.3 實驗數(shù)據(jù)處理51-57
• 4.3.1 分組測量52-55
• 4.3.2 溫度測量55-57
• 4.4 實驗結(jié)果分析57-61
• 4.4.1 分組測量方法分析57-59
• 4.4.2 溫度測試分析59-60
• 4.4.3 誤差分析60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 第五章 總結(jié)與展望63-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果65-67
• 致謝67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊剛;許國良;涂郭結(jié);夏嵐;;基于頻譜分區(qū)的高精度光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng)[J];中國激光;2015年04期

2 張開玉;趙洪;張偉超;陳俊岐;張印東;;基于等應(yīng)變梁的光纖光柵靜電電壓傳感器[J];光學(xué)學(xué)報;2015年03期

3 馮小雨;王培倫;郭威;;基于光纖光柵技術(shù)的邊坡測斜裝置的改裝與應(yīng)用[J];山西建筑;2015年08期

4 葉海峰;錢勇;劉亞東;劉宗杰;陳瑞龍;江秀臣;;基于光纖Bragg光柵的局放檢測技術(shù)[J];高電壓技術(shù);2015年01期

5 杜志泉;倪鋒;肖發(fā)新;;光纖傳感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J];光電技術(shù)應(yīng)用;2014年06期

6 侯丹;衛(wèi)廣遠(yuǎn);錢政;鄭敏;;變壓器繞組熱點溫度監(jiān)測中光纖光柵傳感器的應(yīng)用研究[J];電測與儀表;2014年21期

7 胡明耀;王達(dá)達(dá);代云洪;汪春莉;郭丹;李川;;基于FBG的電力鐵塔塔身主梁受力形變研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2014年07期

8 鄧元實;賀含峰;劉鳳蓮;吳馳;楊琳;;光纖光柵器件在輸電線路覆冰監(jiān)測中的應(yīng)用[J];電瓷避雷器;2014年03期

9 李明;王曉霖;呂高峰;齊先志;;光纖傳感及其在管道監(jiān)測中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];當(dāng)代化工;2014年01期

10 劉亞輝;潘金炎;;光纖光柵傳感技術(shù)在某超高層建筑安全監(jiān)測中的應(yīng)用[J];浙江建筑;2013年09期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 于秀娟;;光纖光柵傳感器在航空航天復(fù)合材料／結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用[A];全國第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 代勇波;光纖光柵傳感特性與多點復(fù)用技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

2 王為;光纖光柵在船舶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2010年

3 高雪清;光纖光柵感溫火災(zāi)探測方法的研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

4 董興法;陣列化光纖光柵傳感器技術(shù)研究[D];南開大學(xué);2005年

5 張向東;光纖光柵傳感技術(shù)及在油氣井中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2004年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 蔡江江;光纖布拉格光柵解調(diào)系統(tǒng)和傳感新方法的研究[D];南京大學(xué);2013年

2 張純璽;光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及其在高低壓開關(guān)柜中的應(yīng)用[D];山東大學(xué);2010年

3 李宏;分布式光纖Bragg光柵傳感器解調(diào)技術(shù)的研究[D];大連理工大學(xué);2009年

4 張力方;基于光纖通信網(wǎng)的傳感信號調(diào)制與解調(diào)方法研究[D];燕山大學(xué);2009年

5 劉國榮;基于新型解調(diào)方案的FBG傳感網(wǎng)絡(luò)的研究[D];浙江大學(xué);2008年

6 戚仕濤;基于光纖光柵超聲檢測技術(shù)研究[D];第一軍醫(yī)大學(xué);2006年

7 陳清海;基于FBG復(fù)用技術(shù)的傳感系統(tǒng)研究[D];天津大學(xué);2006年

  本文關(guān)鍵詞：基于分組測量和邊沿濾波的FBG傳感系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：423041