光纖光柵傳感器解調(diào)技術(shù)研究.pdf

1、光纖光柵是近年來(lái)迅速發(fā)展的光纖器件,隨著寫入技術(shù)和解調(diào)技術(shù)的不斷改進(jìn),光纖光柵傳感器逐漸在生活中得到應(yīng)用?？焖贉?zhǔn)確地對(duì)光柵信號(hào)解調(diào)是傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一,光纖光柵傳感器測(cè)量的傳感信息以波長(zhǎng)編碼的形式被解調(diào)系統(tǒng)接收,通過測(cè)量波長(zhǎng)的移動(dòng)得到傳感信號(hào)的變化情況。因此,如何檢測(cè)光纖布拉格波長(zhǎng)的微小變化,即對(duì)波長(zhǎng)編碼的信號(hào)解調(diào)成為光纖光柵傳感器應(yīng)用研究的重點(diǎn)問題。
　　為實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性、高精度的波長(zhǎng)干涉解調(diào),本文在分析了光纖光柵傳感器

2、傳感機(jī)理和解調(diào)原理的基礎(chǔ)上,針對(duì)如何提高光纖光柵傳感器的解調(diào)技術(shù)及如何優(yōu)化解調(diào)系統(tǒng)性能的問題,開展了深入的研究。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一,詳細(xì)地闡述了光纖傳感器和光纖光柵傳感器的傳感機(jī)理和傳感特性,并對(duì)兩類傳感器進(jìn)行了分析與比較,總結(jié)出各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　第二,針對(duì)現(xiàn)有的各種光纖光柵傳感器解調(diào)技術(shù),對(duì)其傳感解調(diào)原理作了詳細(xì)的研究,分別對(duì)其特性、優(yōu)缺點(diǎn)及其使用范圍進(jìn)行了深入地剖析和討論。
　　第三,設(shè)計(jì)保偏光

3、纖環(huán)鏡(Polarization maintaining fiber, PMF)結(jié)構(gòu),提出了基于該結(jié)構(gòu)的光纖布拉格光柵傳感解調(diào)方案,依據(jù)耦合模理論建立模型,應(yīng)用Matlab7.0進(jìn)行數(shù)值仿真分析,驗(yàn)證了理論的正確性。
　　第四,在理論指導(dǎo)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用光學(xué)系統(tǒng)仿真軟件Optisystem7.0搭建光路模塊,進(jìn)行系統(tǒng)仿真及光路模擬,模擬解調(diào)系統(tǒng)中光信號(hào)的傳輸過程,進(jìn)一步驗(yàn)證了該解調(diào)方案的可行性。
　　第五,在Matlab7.0

4、數(shù)值仿真和Optisystem7.0系統(tǒng)光路模擬的基礎(chǔ)上,搭建了解調(diào)系統(tǒng),并對(duì)所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了分析,探討了輸入光波長(zhǎng)和輸出光功率的分配特性,討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)解調(diào)精度的影響,分析了該解調(diào)模型中保偏光纖長(zhǎng)度、耦合器耦合系數(shù)及兩束偏振光相位差等參數(shù)的最優(yōu)設(shè)置范圍,證明系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性、廣泛的適用性和較高的檢測(cè)靈敏度。
　　第六,調(diào)研了偏振分束器(polarizing beam splitters, PBS)在光纖光柵傳

5、感器波長(zhǎng)解調(diào)中的應(yīng)用,提出了第二種解調(diào)方案——基于PBS的光纖光柵傳感器解調(diào)方案。利用PBS的PMF偏振模式間干涉原理,建立理論模型,運(yùn)用矩陣光學(xué)方法分析光路傳輸過程,研究溫度對(duì)PBS兩輸出臂輸出光功率的影響。
　　第七,依據(jù)基于PBS的光纖光柵傳感器解調(diào)方案,搭建光路系統(tǒng)并設(shè)計(jì)適用各種結(jié)構(gòu)參數(shù)的電路模塊和基于LabVIEW的參數(shù)測(cè)定軟件,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及仿真結(jié)果均與理論分析一致。在大于1nm解調(diào)范圍內(nèi),波長(zhǎng)平均解調(diào)精度小