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文檔簡介
1、光纖傳感技術伴隨著光纖通信技術的逐步成熟而興起。經(jīng)過40多年的迅速發(fā)展,光纖傳感技術的研究和應用已經(jīng)涵蓋國民經(jīng)濟的各個領域。迄今為止,光纖傳感仍然主要局限于分立的光纖傳感器件以及單點或多點式光纖傳感系統(tǒng),已經(jīng)越來越不能適應光纖傳感應用的微型化、集成化和網(wǎng)絡化發(fā)展需求,也制約了光纖傳感產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。因此,光纖傳感網(wǎng)是光纖傳感技術發(fā)展的必然趨勢。大容量的光纖傳感器組網(wǎng),不僅可以提高光纖傳感技術的實用性,同時也可以推動光纖傳感技術在更多領
2、域的應用發(fā)展。
本論文針對光纖傳感復用擴容技術展開深入研究,提出基于多域混合復用的光纖傳感器接入擴容技術,并對其結構特點、網(wǎng)絡構架、復用容量等關鍵問題進行分析研究。將復用擴容技術與具體傳感器技術結合,實現(xiàn)光纖傳感器網(wǎng)絡在安防、電力等領域的組網(wǎng)應用,驗證復用擴容技術的可行性和先進性。另外,為進一步提高復用擴容技術的實用性,針對光纖傳感復用組網(wǎng)的共性基礎技術也進行了研究。主要研究成果如下:
(1)研究了基于分布式光纖振動
3、傳感技術的混合波分/時分復用擴容方法,設計了混合復用無源傳感光網(wǎng)絡構架。針對這種網(wǎng)絡構架的特點,設計了自反饋型的非平衡MZI-SI分布式傳感結構,通過理論建模及仿真計算,全面分析了該傳感結構的傳感特性,解決了光纖干涉儀常見的偏振誘導信號衰落問題。利用該傳感網(wǎng)絡架構可以通過32時分、8波分實現(xiàn)共256個傳感器的大容量復用。設計并實現(xiàn)了一套針對建筑物周邊安全警戒的HSPON系統(tǒng),可接入120個傳感單元,其最大傳感距離可達60Km。通過為期6
4、個月的模擬應用測試,結果表明該系統(tǒng)具有響應迅速、靈敏度高、、誤報率較低、可靠穩(wěn)定的優(yōu)點,適合于周界安防應用。
(2)研究了基于光纖智能微結構傳感器的混合頻分/波分復用擴容技術。針對這種復用擴容技術的實現(xiàn)目標,設計了基于超弱光纖布拉格光柵(FBG)對構成的短腔微結構傳感器,提出單次掃描在線制作工藝,建立傳感器的理論模型,對這種微結構傳感器的結構特點、傳感特性、制作工藝展開分析研究,分析結果證明這種新型傳感器具有頻率、波長二維編碼
5、的特性,同時可以實現(xiàn)高靈敏度的溫度和應力傳感?;谶@種光纖智能傳感微結構,結合頻分/波分的混合復用技術組成結構簡單、復用容量大的傳感網(wǎng)絡構架。通過理論計算和分析討論,證明該網(wǎng)絡的傳感復用容量可達上千個。同時,針對傳感網(wǎng)絡中多傳感器融合的信號特點,采用快速傅里葉變換和有限沖擊響應濾波相結合的快速數(shù)據(jù)處理方法,實現(xiàn)傳感單元地址和感知信號的智能提取。基于研究成果,結合電力線路溫度監(jiān)測需求,建立溫度傳感實驗驗證系統(tǒng),測試結果證明該系統(tǒng)具有良好的
6、穩(wěn)定性和較高的靈敏度。
(3)分析光纖傳感復用擴容組網(wǎng)應用中的共性基礎技術,設計了多種適用于大容量光纖傳感網(wǎng)絡的高性能光源和光探測接收模塊等關鍵電路的方案。分別對高穩(wěn)定連續(xù)光源驅動電路、高速脈沖調制光源驅動電路、低噪聲光功率探測電路及高放大倍率微弱光信號探測電路的具體設計方案展開詳細分析討論,并將這些共性電路設計方案作為基本單元模塊,采用串行外設總線結構,利用基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32處理器作為控制核心,利用
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