【正文】 光路設計 在光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)中，如果我們所選用的光學器件或設備合理的話，傳感光信號在傳輸過程中所受到的干擾也會減小 ， 從而使接收端的光信號能夠真實地反映出傳感光柵處所待測環(huán)境的參量。 光纖光柵 振動 解調(diào)系統(tǒng) 寬 帶 光 源3 d B 耦 合器可 調(diào) F P 腔P D 檢 測 放 大電 路控 制 電 路 采 樣 與 開 關(guān) 量 板 信 號 處 理 電 路信 號 發(fā) 生 器 計 算 機 2 2 耦 合 器 3 3 耦 合 器 F B G 1 F B G 2 振 動 臺 1振 動 臺 2 圖 36 光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)原理圖 工作原理： 從寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)隔離器和耦合器后，傳送到 FBG 傳感器， 只有滿足相干條件的某些特定波長的光 才能 被 FBG 傳感器反射回來，隨著振動臺 1 或 2 的振動，會造成反射中心波長的漂移，反射光 經(jīng)過一個3dB 耦合器 進 入到可調(diào)諧 FP 腔中 ， 通過不斷改變對 FP 腔施加的電壓來改變 FP 腔的腔長， 進而改變 FP 腔的輸出波長， 輸出的光經(jīng)過 2*2 3*3 耦合器后 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?到達 檢 測器， 通過對電信號的測量可 間接 得到波長的漂第 3章 光纖光柵振動解調(diào)系統(tǒng)的設計 21 移量 [6]。 非 平衡 MachZehnder 干涉法 寬 帶 光 源 3 d B 耦 合 器相 位 補 償 反 饋P D P D相 位 解 調(diào) 微 處 理 器非 平 衡 M Z 干 涉 儀F B G 1F B G 2 F B G n3 d B 耦 合 器 圖 34 非平衡 MachZehnder 干涉法 基本 解調(diào) 原理：寬 帶 光源發(fā)出的光經(jīng)過 3dB 耦合器后 進入 傳感光纖光柵， 被光纖光柵反射回來 的光再次進入耦合器，其輸出光作為有效輸入光進入非平衡 MachZehnder 干涉儀，通過檢測干涉儀的輸出光強就可以實現(xiàn)解調(diào)目的，得到光柵的波長值。 兩束出射光 經(jīng) 過光電探測器后變成 了 電信號，經(jīng)過處理 后 消除了光功率變化所帶來的影響，經(jīng)過濾波器后的電信號與參考第 3章 光纖光柵振動解調(diào)系統(tǒng)的設計 17 電信號的比值與波長偏移成比例關(guān)系，由此可以得到波長的變化情況。因此選擇波長解調(diào)方式進行解調(diào)。 在 摻鍺石英光纖 中 ， 10 /O C? ??? 由光效應引起的有效折射率變化為： eff effn n T?? ? ? ?? （ 245） 式中 ? 為光纖材料熱光系數(shù)。為方便研究， 忽略應力和溫度的交叉敏感，只 考慮在 受到 單一應力或是溫度作用下的傳感特性。每一小段的均勻周期光纖光柵的矩陣相乘，便可得到各種光纖光柵的傳輸特性。 式 (25)形式復雜，現(xiàn)定義兩個新的參數(shù) ??kj z? 和 ??kjkz ，目的是明確物理含義以便于分析，參數(shù)分別如下： ? ? ? ? ? ?200 ,2 a TTc or e c or ek j j jnz n e x y e x y x dy dx???? ????? (27) ? ? ? ?2kj kjk z z? ?? (28) 第 2章 光纖光柵的傳感原理 9 于是， 式 (25)寫為： ? ? ? ? ? ? ? ?22 c ostk j k j k jC z z k z z z??? ??? ? ?????? (29) 式中 ??kj z? 表示自耦合系數(shù)，為未調(diào)制項，用來反映同類模間的相互轉(zhuǎn)換，即光纖中的模式在各個周期內(nèi)平均的耦合效應； ??kjkz表示交叉耦合系數(shù)，為調(diào)制項，用來反映不同類模間的相互 轉(zhuǎn)換，即光纖中的模式在各個周期內(nèi)偏離平均耦合效應的程度。波導相當于一個調(diào)制光場，可對進入該波導區(qū)域的光波產(chǎn)生擾動，使之產(chǎn)生耦合，形成另一種形式的光波。 （ 3） MATLAB 仿真 基于本文設計的可調(diào)諧 FP 濾波法， 通過對其 22， 33 耦合器的輸出進行程序仿真，得到了解調(diào)結(jié)果。 （ 3） 石油化工業(yè)的應用 石油化工業(yè)是屬于易燃易爆的危險領域，在儲罐、油管、油井等地方應用電類傳感器存在很大的不安全性。 （ 1） 民用工程的應用 民用工程中的結(jié)構(gòu)檢測是光纖光柵傳感器應用最活躍的領域。 （ 2） 超結(jié)構(gòu)光纖光柵 超結(jié)構(gòu)光纖光柵利用方波函數(shù)對光纖 Bragg 光柵或惆啾光柵的折射率分布進行調(diào)制。這種光纖光柵不但能引起反向?qū)Ｖg的耦合，而且還能將基模耦合到包層中損耗掉。折射率的變化可導致光柵結(jié)構(gòu)的變化，根據(jù)其空間折射率分布和調(diào)制周期分布，可將光柵劃分為均勻周期光纖光柵和非均勻周期光纖光柵兩種類型 ,下面將分別介紹。因此，人們可以不必使用價格昂貴的高濃度摻鍺光纖，在普通通信光纖上就能很容易的寫出高反射率的光纖Bragg 光柵。因此，對 光纖光柵振動信號進行解調(diào) 的 技術(shù)的研究具有重要意義。最近幾年，隨著光纖光柵制備工藝的日漸成熟，在其光傳感方面，人們對其進行了更加廣泛與深入的研究。 介紹了幾種光纖光柵傳感技術(shù)，并確定了可調(diào)諧 FP 濾波法為解調(diào)方案。 參 考 資 料 ：《 Fiber Bragg Grating》、《光電檢測技術(shù)》等。具體內(nèi)容如下： 對光纖光柵從發(fā)展動態(tài)、分類和光纖光柵傳感器的研究現(xiàn)狀 、存在的問題等方面進行了詳細的敘述。 Tunable F P filter III 目錄 摘要 ........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................. II 第 1 章 緒論 ........................................................................................................1 課題研究的背景與意義 ........................................................................1 光纖光柵的發(fā)展動態(tài) ............................................................................2 光纖光柵的分類 ....................................................................................3 均勻周期光纖光柵 .........................................................................3 非均勻周期光纖光柵 .....................................................................4 光纖光柵傳感器的研究現(xiàn)狀 ................................................................5 本文的主要工作 ....................................................................................6 第 2 章 光纖光柵的傳感原理 ............................................................................7 光纖光柵的理論模型 ............................................................................7 光纖光柵的基本理論 ............................................................................7 耦合模理論 .....................................................................................7 傳輸矩陣法 ................................................................................... 10 傅立葉變換法 ............................................................................... 11 光纖光柵的傳感原理 .......................................................................... 12 光纖光柵的應變傳感特性 ........................................................... 12 光纖光柵的溫度傳感特性 ............................................................... 14 本章小結(jié) .............................................................................................. 14 第 3 章 光纖光柵振動解調(diào)系統(tǒng)的設計 .......................................................... 15 光纖光柵的解調(diào)方案 .......................................................................... 15 光譜儀檢測法 ............................................................................... 15 邊緣濾波器法 ............................................................................... 16 匹配光柵法 ................................................................................... 17 非平衡 MachZehnder 干涉法 .................................................... 18 可調(diào)諧 FP 濾波法 ........................................................................ 19 IV 光纖光柵振動解調(diào)系統(tǒng)的設計 .......................................................... 20 光纖光柵振動解調(diào)系 統(tǒng) ............................................................... 20 系統(tǒng)解調(diào)原理 ............................................................................... 21 光路設計 .............................................................................................. 23 寬帶光源 ....................................................................................... 23 光纖耦合器 ................................................................................... 24 FP 腔 ............................................................................................ 24 可調(diào)諧 FP 濾波器 ...................................................................... 26 本章小結(jié) .............................................................................................. 27 第 4 章 MATLAB 仿