基于頻移干涉技術(shù)的光纖傳感器大規(guī)模復(fù)用方法研究.pdf

1、光纖傳感技術(shù)因具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、易于組網(wǎng)、抗電磁干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。隨著全球信息化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的單點(diǎn)或準(zhǔn)分布式光纖傳感系統(tǒng)，已經(jīng)越來越不適應(yīng)大容量、長距離、低成本光纖傳感復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展需求。因此，開發(fā)大規(guī)模光纖傳感復(fù)用系統(tǒng)已顯得尤為重要和迫切。
　　時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用以及混合復(fù)用等技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光纖傳感器組網(wǎng)與擴(kuò)容的有效方法，并且已在光纖傳感復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，但這些傳統(tǒng)

2、的復(fù)用技術(shù)受限于系統(tǒng)信噪比、成本及帶寬等問題，復(fù)用容量不高，難以實(shí)現(xiàn)光纖傳感復(fù)用系統(tǒng)的大規(guī)模化發(fā)展。因此，研究基于新型光纖傳感機(jī)制的大規(guī)模光纖傳感復(fù)用系統(tǒng)具有十分重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文針對傳統(tǒng)復(fù)用技術(shù)存在的復(fù)用容量低、成本高等問題，提出了基于頻移干涉技術(shù)的大規(guī)模光纖傳感復(fù)用系統(tǒng)的新方案，開展了基于頻移干涉技術(shù)的光纖法珀傳感器、光纖光柵傳感器的大規(guī)模復(fù)用方法的研究，其主要研究及成果如下:
　?。?）研究了基于

3、頻移干涉技術(shù)的大規(guī)模光纖法珀傳感器的混聯(lián)復(fù)用方法。針對這種復(fù)用方法的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了混聯(lián)復(fù)用光纖法珀傳感器復(fù)用系統(tǒng)的系統(tǒng)光路，開發(fā)了基于Labview的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。由理論仿真結(jié)果表明：當(dāng)光源功率為3mW、光纖法珀傳感器的反射率為-30dB、傳感器間隔為40米時(shí)，兩通道混聯(lián)系統(tǒng)的復(fù)用容量理論上可達(dá)到573個(gè)。利用該技術(shù)，從實(shí)驗(yàn)上搭建了一個(gè)兩通道混聯(lián)復(fù)用光纖法珀傳感系統(tǒng)，采用參考位置法解調(diào)得到了每個(gè)法珀傳感器的反射譜，這與光譜儀測

4、量的光譜吻合良好。研究結(jié)果證明該復(fù)用方案為實(shí)現(xiàn)光纖法珀傳感器的大規(guī)模復(fù)用提供了一種低成本、有效的新技術(shù)。
　　（2）提出了基于頻移干涉技術(shù)的大規(guī)模全同光纖光柵復(fù)用與解調(diào)的新方法。針對該方法的特點(diǎn)，在線制備了適合大規(guī)模組網(wǎng)的弱光柵陣列，實(shí)驗(yàn)上復(fù)用了65個(gè)弱光柵，利用二次極大值搜索法從二維傅里葉變換譜中解調(diào)出了各個(gè)弱光柵的位置和峰值波長。通過系統(tǒng)重復(fù)性測試和溫度傳感實(shí)驗(yàn)，獲得了弱光柵平均峰值波長的測量精度為±3.9pm，對應(yīng)的溫度分辨

5、率為±0.4℃。通過理論分析表明：當(dāng)光源功率為14mW、光柵反射率為最佳值-40dB、傳感器間隔為10 米時(shí)，該解調(diào)系統(tǒng)的復(fù)用容量可達(dá)3000個(gè)。因此，頻移干涉技術(shù)在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光纖光柵復(fù)用系統(tǒng)具有極大的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Α?br>　　（3）研究了一種基于頻移干涉技術(shù)的大規(guī)模波分復(fù)用光纖光柵傳感復(fù)用系統(tǒng)。搭建了由121個(gè)傳感單元組成、每單元波分復(fù)用3個(gè)不同工作波長弱光柵的大規(guī)模光纖光柵復(fù)用系統(tǒng)。利用改進(jìn)的二次極大值搜索法，從二維