海嘯是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害,太平洋沿岸、印度洋沿岸等常年遭受海嘯的威脅,海嘯災(zāi)害能量大、波及范圍廣、殺傷力極強(qiáng),一旦發(fā)生難以逃離海嘯波及范圍,會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失,因此實(shí)現(xiàn)有效的海嘯預(yù)警、進(jìn)行提前預(yù)防非常重要。海洋水位值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),是海嘯預(yù)警的一個(gè)重要方面。水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究開(kāi)展已久,但是海洋環(huán)境十分復(fù)雜,現(xiàn)有的水位系統(tǒng)多存在易受電磁干擾、易受化學(xué)腐蝕、傳輸距離短等問(wèn)題,無(wú)法長(zhǎng)期工作在海洋環(huán)境中。而光纖傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、靈敏度高、抗電磁干擾、耐腐蝕等許多優(yōu)異性能,適用于海洋環(huán)境中的水位值監(jiān)測(cè),成為該水位傳感系統(tǒng)的首選方法。因此,本文著重于研制基于光纖傳感技術(shù)的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)海洋水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文的主要研究目的是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)用于海洋水位監(jiān)測(cè)的干涉型光纖水位傳感系統(tǒng),針對(duì)海洋水位變化范圍廣、變化速度快的特點(diǎn),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)適用于該系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及解調(diào)方法,最終實(shí)現(xiàn)大量程、高精度、快響應(yīng)的水位監(jiān)測(cè)。本文首先介紹了海洋的復(fù)雜環(huán)境及海嘯造成的巨大災(zāi)害和嚴(yán)重?fù)p失,通過(guò)對(duì)不同水位傳感器的分析,擬采用光纖水位傳感系統(tǒng)進(jìn)行海洋水位監(jiān)測(cè)及海嘯預(yù)警;然后介紹了光纖的基本知識(shí),包括光纖的干涉原... 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

海嘯災(zāi)害情況

圖 2.1 干涉信號(hào)光強(qiáng)與相位的關(guān)系為得到的干涉信號(hào)光強(qiáng)表達(dá)式，如圖 2.1 所示為干涉信號(hào)路光的相位差為1 22 x ，其中 x 為光程差，隨著 x 的變化而變化。水位傳感系統(tǒng)中，想要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)將水位值變化轉(zhuǎn)化為干涉得到干涉信號(hào)，繼而進(jìn)行相位解調(diào)反推出待測(cè)水位值。在纖長(zhǎng)度、纖芯折射率、纖芯直徑等的變化、甚至溫度變化，下面將詳細(xì)介紹光纖的相位調(diào)制機(jī)理。相位調(diào)制原理作為傳光元件，也可作為敏感元件，相位調(diào)制型光纖傳感當(dāng)光纖受到外界作用時(shí)，干涉儀傳感臂的光纖長(zhǎng)度（應(yīng)

第 3 章 干涉型光纖水位傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)及搭建意義上取決于激光光源的選取[42]。在干涉式光纖水位傳感系統(tǒng)中，選用光源盡量滿足線寬窄、體積小、噪聲小、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn)。常用的半導(dǎo)體激光器頻率固定，只能輸出定波長(zhǎng)的激光光源，但若輸出光源頻率固定，當(dāng)水位值不變時(shí)，無(wú)法形成干涉信號(hào)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)后續(xù)的干涉信號(hào)解調(diào)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)靜止水位值的監(jiān)測(cè)。在這種情況下，需要對(duì)光源加入調(diào)制信號(hào)，常用的調(diào)制方式有正弦波調(diào)制、脈沖調(diào)制、線性調(diào)制等。在該系統(tǒng)中對(duì)光源進(jìn)行線性調(diào)制[43, 44]，即在一個(gè)周期內(nèi)光源頻率呈線性變化，線性調(diào)制可以保證干涉信號(hào)的相位也為線性關(guān)系，可降低相位解調(diào)的復(fù)雜度。本系統(tǒng)選用快速掃描半導(dǎo)體激光器 GC-96000C 模塊作為光源，具有波長(zhǎng)精確、功率穩(wěn)定、掃描速度快等優(yōu)點(diǎn)。如圖 3.2 所示為激光器模塊實(shí)物圖，該掃描半導(dǎo)體激光器通過(guò) RS232 串口進(jìn)行控制，電源供電電壓為 5V/4A，光輸出接口為 FC/UPC。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]MFSK信號(hào)新型正交解調(diào)算法[J]. 錢(qián)者鳳.  電子設(shè)計(jì)工程. 2018(21)
[2]相位生成載波解調(diào)方法的研究[J]. 孫韋,于淼,常天英,陳建冬,崔洪亮,龐鑠.  光子學(xué)報(bào). 2018(08)
[3]用于干涉型光纖傳感系統(tǒng)的相似性解調(diào)方法[J]. 龐鑠,羅政純,常天英,于淼,王忠民,陳建冬,王陽(yáng)陽(yáng),高璐,崔洪亮.  光子學(xué)報(bào). 2018(06)
[4]基于在線型光纖邁克耳孫干涉儀的液位傳感器[J]. 邵敏,韓亮,兆雪,傅海威,喬學(xué)光.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[5]基于3 dB光纖耦合器構(gòu)成的Mach-Zehnder光纖干涉儀穩(wěn)定控制系統(tǒng)[J]. 葉全意,高英杰,田錦,蘇守寶,王永嘉.  紅外與激光工程. 2017(10)
[6]長(zhǎng)江口常用水位儀器適用性研究[J]. 毛興華,潘與佳.  水利信息化. 2017(04)
[7]應(yīng)用于海洋環(huán)境和海洋工程的光纖傳感技術(shù)[J]. 崔洪亮,于淼,常天英,陳建冬,趙恩才,鄭妍,劉野,周天水.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版). 2017(01)
[8]光纖干涉式振動(dòng)傳感器中順變柱體剛度系數(shù)的計(jì)算方法[J]. 高文智,陳建冬,葛兆斌,孫韋,付群健,郎金鵬,常天英,崔洪亮.  中國(guó)激光. 2017(03)
[9]改進(jìn)式相位生成載波調(diào)制解調(diào)方法[J]. 郎金鵬,常天英,陳建冬,劉野,崔洪亮,于淼.  光子學(xué)報(bào). 2016(12)
[10]基于遞歸希爾伯特變換的振動(dòng)信號(hào)解調(diào)和瞬時(shí)頻率計(jì)算方法[J]. 胡志祥,任偉新.  振動(dòng)與沖擊. 2016(07)

博士論文
[1]基于光纖干涉法的海底地震檢波器的研制[D]. 陳建冬.吉林大學(xué) 2018
[2]大量程分布式光纖傳感技術(shù)研究及工程應(yīng)用[D]. 陳池.武漢大學(xué) 2013

碩士論文
[1]腔體帶阻濾波器的設(shè)計(jì)與研究[D]. 楊中婕.南京郵電大學(xué) 2018
[2]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水情測(cè)控中的應(yīng)用[D]. 李碩.南京郵電大學(xué) 2017
[3]用于海底地震監(jiān)測(cè)的光纖干涉型傳感器解調(diào)方法研究[D]. 郎金鵬.吉林大學(xué) 2017
[4]基于分布式布里淵光時(shí)域分析技術(shù)的形狀傳感研究[D]. 傅程.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[5]雙頻帶頻率選擇表面的研究[D]. 杜天堯.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[6]基于光纖干涉法的高精度水位檢測(cè)系統(tǒng)軟件解調(diào)的研究[D]. 劉野.吉林大學(xué) 2016
[7]采用數(shù)字調(diào)諧激光器的光纖光學(xué)相干測(cè)距儀的研究[D]. 趙文建.浙江理工大學(xué) 2015
[8]基于保偏光纖的內(nèi)嵌式Mach-Zehnder干涉型液位傳感器的研究[D]. 陳德寶.中國(guó)計(jì)量學(xué)院 2015
[9]基于雙M-Z干涉型光纖振動(dòng)傳感器及其PGC解調(diào)技術(shù)的研究[D]. 王愷晗.天津理工大學(xué) 2015
[10]光纖法珀傳感器波長(zhǎng)解調(diào)及復(fù)用技術(shù)研究[D]. 謝杰輝.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3336463