光纖法珀傳感器波長解調(diào)及復(fù)用技術(shù)研究.pdf

1、基于白光干涉的非本征法布里珀羅干涉(EFPI)傳感器，具有低頻噪聲低、可同時進行多參量傳感、可實現(xiàn)絕對腔長測量等優(yōu)點，引起了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的白光干涉解調(diào)方法，要求波長采樣率足夠高，且只能實現(xiàn)靜態(tài)或準靜態(tài)信號探測。本文研究的基于參數(shù)估計的兩種波長解調(diào)法，可以在波長采用率較低的情況下實現(xiàn)高精度絕對腔長測量。利用低波長采樣率、高掃描速率的光纖布拉格光柵分析儀和EFPI傳感器，進行了液位、位移等準靜態(tài)信號和動態(tài)聲信號測量。實驗驗證了基于參數(shù)估

2、計的變采樣長度傅里葉變換法和互相關(guān)解調(diào)法，在實現(xiàn)低波長采樣條件下的高精度絕對腔長測量的有效性。研究了時分與頻分混合復(fù)用方法，可以有效提高系統(tǒng)復(fù)用能力。搭建了基于膜片式EFPI傳感器的四基元時分頻分混合復(fù)用系統(tǒng)，實現(xiàn)了高精度、低噪聲的動態(tài)信號測量。
　　本論文的主要研究成果和創(chuàng)新包括：
　?。?）對影響 EFPI傳感器腔長解調(diào)的因素進行了詳細的分析和分類，從光源和光譜探測兩個方面對誤差源進行定位。提出利用希爾伯特變換法和非線性

3、能量算子實現(xiàn)光譜的去包絡(luò)處理。通過改進窗函數(shù)的方法來提高系統(tǒng)的解調(diào)精度。
　　（2）詳細分析和推導(dǎo)了傅里葉變換法及互相關(guān)解調(diào)法的基礎(chǔ)理論并進行了對比。通過仿真及實驗驗證的方法，對兩種解調(diào)方法進行了深入的研究。提出了基于變采樣長度的傅立葉變換法。實驗結(jié)果表明，相比快速傅里葉變換算法，變采樣長度傅里葉變換法的解調(diào)精度提高了70倍。在去除光譜包絡(luò)的前提下，使用互相關(guān)解調(diào)法實現(xiàn)了~36.7pm的腔長解調(diào)精度。動態(tài)解調(diào)的結(jié)果表明，在小于40

4、0Hz的頻帶范圍內(nèi)，噪聲功率譜較為平坦，其值約為-60dB re. nm/√Hz。
　?。?）提出并搭建了光纖白光干涉 EFPI時分頻分混合復(fù)用系統(tǒng)。通過半導(dǎo)體光放大器實現(xiàn)了對光源的脈沖調(diào)制及光放大。在此基礎(chǔ)上對頻分復(fù)用串?dāng)_的原因進行分析，提出使用 Kaiser窗進行串?dāng)_抑制。實驗結(jié)果表明，該方法可以將系統(tǒng)的串?dāng)_從-37dB抑制到-48dB。
　?。?）通過液位測量的方法對傳感器的靈敏度進行了標(biāo)定，測試得到 EFPI傳感器的