開題報(bào)告_適用于惡劣環(huán)境的光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)系統(tǒng)研制-文庫(kù)吧
2025-01-02 13:33 本頁(yè)面
【正文】 agg波長(zhǎng)，即波長(zhǎng)解調(diào)方法是光纖光柵傳感器實(shí)用化的核心技術(shù)之一。目前實(shí)驗(yàn)室常用光譜儀或單色儀對(duì)光纖光柵進(jìn)行波長(zhǎng)解調(diào)，該方法特點(diǎn)是解調(diào)精度高，分辨率能達(dá)1pm以下，但是儀器成本高，體積大不適合工程現(xiàn)場(chǎng)使用。迄今為止，針對(duì)光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)，研究人員提出了許多方法，其中主要基于兩種技術(shù)：干涉法和濾波法。干涉法是利用光波的相干性，將光纖光柵的波長(zhǎng)信息編碼轉(zhuǎn)換成相位編碼，這種方法具有很高的精度和分辨率，特別適合高分辨率信號(hào)的檢測(cè)。濾波法是指采用各種光濾波器，使指定波段的信號(hào)通過(guò)，而抑制其余波段的信號(hào)，以達(dá)到解調(diào)的目的。表1對(duì)目前常見的光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，并描述了各自特點(diǎn)。目前國(guó)外國(guó)內(nèi)有數(shù)家公司已有光纖光柵解調(diào)儀產(chǎn)品，如美國(guó)Microoptic公司的Sm12Sm130；英國(guó)Smartfiber公司的Smart Scan；國(guó)內(nèi)如品傲光電、寧波杉工等均有自己的產(chǎn)品。但是這些產(chǎn)品目前主要有以下問(wèn)題：(1)儀器均需配備外接電源；(2)價(jià)格昂貴；(3)屬于民用級(jí)，抗惡劣環(huán)境性能差；(4)數(shù)據(jù)傳輸不方便。這些不足使得目前在惡劣環(huán)境、野外壞境下使用光纖光柵測(cè)量系統(tǒng)帶來(lái)了不便。本項(xiàng)目將針對(duì)這些問(wèn)題，研究一套適用于野外惡劣環(huán)境具有自給電源與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能的光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)系統(tǒng)。表1：光纖光柵波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)總結(jié)類型解調(diào)技術(shù)特 點(diǎn)濾波法被動(dòng)式波長(zhǎng)比率法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抑制了光源的強(qiáng)度噪聲，但靜態(tài)應(yīng)變分辨率為375，分辨率不高，同時(shí)動(dòng)態(tài)性能不好，測(cè)量頻率不能超過(guò)100Hz；聲光可調(diào)諧濾波器法有極高的溫度靈敏度，但是聲光可調(diào)諧濾波器是偏振相關(guān)器件，入射光的偏振態(tài)對(duì)測(cè)量影響較大；匹配光纖光柵濾波法該方法分為反射式匹配濾波法和透射式匹配濾波法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單；但實(shí)現(xiàn)測(cè)量的量程較小；可調(diào)諧FabryPerot(FP)濾波器法該方法是目前最為廣泛使用的光纖光柵解調(diào)技術(shù)，解調(diào)波譜范圍寬，解調(diào)精度可達(dá)1pm，對(duì)光源穩(wěn)定性要求低，體積小，便于工程實(shí)用；波長(zhǎng)掃描極值法該方法用可調(diào)諧光纖光柵環(huán)形腔激光器作為掃描光源，對(duì)光柵波長(zhǎng)進(jìn)行掃描；方法簡(jiǎn)單，但掃描光源價(jià)格較高；干涉法非平衡MachZehnder干涉法該方法具有寬帶寬、高解析度等特點(diǎn)，但只能用于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量，且測(cè)量范圍有限，會(huì)出現(xiàn)絕對(duì)波長(zhǎng)測(cè)量的損耗；經(jīng)改進(jìn)后可實(shí)現(xiàn)以下的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量；非平衡Michelson干涉法該方法適合靜態(tài)應(yīng)變的測(cè)量，檢測(cè)靈敏度高，但由于干涉儀容易受到外界環(huán)境干擾，影響測(cè)量的信噪比；Sagnac干涉法該方法具有高檢測(cè)靈敏度，同時(shí)由于干涉儀輸出與光纖長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，具有很高的穩(wěn)定性；其他方法傅立葉變換譜法該方法可以直接獲得光纖光柵反射譜，精度高；但是由于光學(xué)器件存在，不易實(shí)用；CCD分光計(jì)法該方法光能利用率高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，直接實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感復(fù)用解調(diào)；但波長(zhǎng)分辨率低。四、研究的理論基礎(chǔ) (1) 基于FP濾波器的光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于FP濾波器的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)是目前技術(shù)最為成熟、穩(wěn)定性最好的波長(zhǎng)探測(cè)技術(shù)，其原理如圖1所示，寬帶光源通過(guò)耦合器后進(jìn)入光纖光柵傳感器陣列，反射光進(jìn)入FP濾波器。同時(shí)濾波器由掃描電壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行全波段掃描，并與輸入的光纖光柵窄帶反射光進(jìn)行卷積，輸出光由光電探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過(guò)對(duì)比光電轉(zhuǎn)換信號(hào)與周期掃描電壓進(jìn)而確定光纖光柵傳感陣列中心波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解調(diào)。本部分將選用microoptics公司的Fiber FabryPerot Tunable Filter(如圖2所示)，主要解決FP驅(qū)動(dòng)電路以及中心
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