作為光纖傳感領(lǐng)域中重要的一族，反射式強(qiáng)度型光纖傳感器(簡稱RIM-FOS)以其結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、設(shè)計靈活、價格低廉等優(yōu)點引起了廣泛關(guān)注。本文在反射光的分布、RIM-FOS的數(shù)學(xué)模型、強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)睦碚撆c方法、傳感器特性的仿真與測試、以及可用于傳感器輔助設(shè)計和制作的計算機(jī)仿真測試系統(tǒng)等諸多方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的研究。論文的主要研究內(nèi)容包括： 1．參考幾何法建立的光纖對光強(qiáng)調(diào)制函數(shù)，首次引入反射面的傾斜因子以及形狀因子，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。然后，采用數(shù)值仿真的方法系統(tǒng)地研究了多模光纖參數(shù)(包括光纖對軸間距、光纖芯徑和光纖數(shù)值孔徑)、反射面傾斜因子以及形狀因子對RIM-FOS強(qiáng)度調(diào)制特性的影響規(guī)律。 2．引入了Beckmann關(guān)于隨機(jī)粗糙表面光散射理論的相關(guān)研究結(jié)論，基于衍射分析法建立了準(zhǔn)高斯光經(jīng)過反射面后的反射光分布模型。 3．根據(jù)所得到的準(zhǔn)高斯反射光分布模型，建立了通用的三光纖傳感器的強(qiáng)度調(diào)制函數(shù)。同時，采用“改進(jìn)的平均間距法”建立了隨機(jī)型光纖束的數(shù)學(xué)模型。此外，還對同軸型、雙束型、雙圈型和同軸隨機(jī)型光纖束的調(diào)制函數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)地推導(dǎo)，得到了具有系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性的光纖束強(qiáng)度調(diào)制函數(shù)。然后，仿真比較了各種結(jié)構(gòu)的RIM-FOS的理論特性。 4．用能量流分析法推導(dǎo)了用分光鏡分光進(jìn)行強(qiáng)度補(bǔ)償?shù)姆止獗扔嬎愎剑敿?xì)討論了入射光的強(qiáng)度不變而偏振方向變化以及二者同時變化對分光比的影響。采用模擬實驗驗證了分光鏡分光中出現(xiàn)反向漲落的現(xiàn)象，提出了具體的解決辦法。 5．提出了一種帶隨機(jī)型分光端的“Π”型光纖束分光補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，并與分光鏡分光補(bǔ)償?shù)膹?qiáng)度補(bǔ)償效果進(jìn)行了實驗比較。同時，首次從純數(shù)學(xué)的角度分析了光束方向漂移對中孔光電池、半圓光電池以及“Π”型光纖束分光補(bǔ)償精度的影響。此外，還提出并實驗研究了“Π型光纖束分光+神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的強(qiáng)度補(bǔ)償法。 6．提出了用計算機(jī)仿真測試系統(tǒng)輔助RIM-FOS設(shè)計及制造的思想，并首次提出了RIM-FOS的最佳設(shè)計制作流程。 7．綜合采用了一些關(guān)鍵技術(shù)，首次設(shè)計了一套能夠完成RIM-FOS特性仿真和特性測試的計算機(jī)仿真測試系統(tǒng)。同時，還提出了歸一化特性曲線的參數(shù)化描述方法。 8．設(shè)計若干典型實驗檢驗了仿真測試系統(tǒng)的性能。結(jié)果表明，該系統(tǒng)不但可完成RIM-FOS特性仿真和特性測試功能，而且還可以開機(jī)即測且不受環(huán)境光干擾和光源功率波動的影響，測試穩(wěn)定性好，重復(fù)性較高。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2002
【中圖分類】：TP212
【部分圖文】：

根據(jù)上述基于衍射理論分析法得出的理論公式，在其它參數(shù)已知的條件下，我們可以仿真計算出多模階躍發(fā)送光纖出射端光強(qiáng)的分布圖。圖3.3繪出了經(jīng)過歸一化的I，(下標(biāo)N表示歸一化)隨砷d同時變化的三維圖。從圖中可直觀地看出，I，沿徑向p的分布呈準(zhǔn)高斯型分布。在靠近光纖出射端的位置，光斑尺寸較小，但是中心亮度最高;隨著距離的增加，中心光強(qiáng)呈負(fù)指數(shù)衰減，而光斑的尺寸變大。圖3.3多模階躍發(fā)送光纖出射端光強(qiáng)分布的三維圖那.3基于準(zhǔn)高斯光強(qiáng)分布和Beckmann散射理論的反射光模型從發(fā)送光纖出射的光經(jīng)過反射面反射后，由于反射面的反射特性不同，所形成的反射光場也會存在非常大的差異

仿真運算的高效性和快速性、結(jié)果處理的直觀性以及可視化界面的友好性。該仿真軟件包的設(shè)計充分運用了軟件工程的理論和方法進(jìn)行指導(dǎo)。圖6.14就是我們所設(shè)計的仿真測試系統(tǒng)仿真軟件包的主界面。對于本系統(tǒng)來說，RIM一FOS的理論特性仿真就是要根據(jù)用戶輸入的光纖結(jié)構(gòu)和光纖參數(shù)以及所做的光強(qiáng)分布假設(shè)，分別調(diào)用對應(yīng)于不同的租M一FOS強(qiáng)度調(diào)制特性數(shù)學(xué)模型的子函數(shù)，計算并定性、定量分析它的理論響應(yīng)特性。因此，仿真軟件的主界面從功能上相應(yīng)地劃分為用戶輸入?yún)^(qū)、圖形顯示區(qū)、結(jié)果描述區(qū)三大塊。用戶輸入?yún)^(qū)主要包括光纖結(jié)構(gòu)、光強(qiáng)分布假設(shè)、仿真模式的選擇以及與光纖結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的光纖參數(shù)設(shè)置等。當(dāng)用戶確定了需要仿真的班M一FOS結(jié)構(gòu)和參數(shù)后，首先在用戶輸入?yún)^(qū)選擇光纖結(jié)構(gòu)(此時將自動出現(xiàn)對應(yīng)的RIM一FOS浮動圖標(biāo))，再根據(jù)實際情況選擇光強(qiáng)分布假設(shè)(如果僅需要獲得定性結(jié)果，則選擇幾何法即可，因快捷鍵主菜單參數(shù)設(shè)置頁特性測試頁浮動圖標(biāo)魂鶩.圖6.14仿真軟件的主界面圖第97頁
【引證文獻(xiàn)】

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3 陸麗;基于光纖端面回波的液體特性檢測方法研究[D];天津大學(xué);2010年

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7 徐志保;反射式光纖聲音傳感器的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華僑大學(xué);2008年

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9 韓冰;反射式強(qiáng)度調(diào)制型光纖聲壓傳感器的設(shè)計與研究[D];華中科技大學(xué);2008年

10 陳昀昊;反射式光纖氫氣傳感器信號處理模塊的設(shè)計與實現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2009年

本文編號：2856792