光纖光柵傳感系統(tǒng)中光源與檢測方法研究.pdf

1、南開大掌碩士掌位論文摘要摘要光纖光柵(FBG)是近年來出現(xiàn)的～種新型光子器件，由于它自身優(yōu)良的濾波特性及信息對波長編碼的特點(diǎn)，其在通信和傳感領(lǐng)域的應(yīng)用正日益受到人們的重視。目前有較多關(guān)于將FBG用于單點(diǎn)物理量測量的報(bào)道，而將其應(yīng)用于傳感網(wǎng)絡(luò)的研究才剛剛展開。本文綜述了近年來FBG的研究成果，并圍繞FBG的成柵機(jī)理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及匹配FBG的傳感原理展開了較深入的研究，并從匹配FBG傳感系統(tǒng)構(gòu)成的角度，探討了寬帶光源和可調(diào)諧光纖激光器的研制。

2、另外論文最后對匹配FBG方案多點(diǎn)傳感實(shí)驗(yàn)的可行性進(jìn)行了分析。論文的主要內(nèi)容如下：1綜述了近年來光纖光柵應(yīng)用于通信和傳感領(lǐng)域的研究成果，對其成柵機(jī)理、作用機(jī)制及調(diào)諧方法進(jìn)行了介紹。2利用耦合模理論分析了光纖光柵的作用機(jī)制，推導(dǎo)了其反射和透射關(guān)系式，給出了其主峰帶寬的表達(dá)式。并利用耦合模理論和傅立葉變換法對近年來的研究熱點(diǎn)一超結(jié)構(gòu)光纖光柵進(jìn)行了理論分析，比較了兩種方法的特點(diǎn)及適用范圍，發(fā)現(xiàn)在反射率較低時(shí)兩者可以得到很多一致的結(jié)論。但是，兩種

3、方法的適用范圍和繁簡程度明顯不同。當(dāng)取樣光纖光柵的反射率不高且只要求對其進(jìn)行定性的討論時(shí)，宜使用簡便的傅立葉分析法，但是當(dāng)要求精確求解時(shí)，必須應(yīng)用耦合模理論進(jìn)行分析。3提出了用基于懸臂梁連續(xù)可調(diào)的光纖激光器取代傳統(tǒng)的BBS作為FBG傳感網(wǎng)絡(luò)光源的方案，使系統(tǒng)信噪比大大提高。分析了摻鉺光纖的放大自發(fā)幅射譜的特性及其決定因素，并在此基礎(chǔ)上成功研制出了波長連續(xù)可調(diào)的光纖激光器樣機(jī)一臺(tái)。其線寬達(dá)004nm，調(diào)諧范圍為46nm，輸出功率可達(dá)428

4、mW，功率穩(wěn)定性為003dB，斜率效率為731％。4總結(jié)了現(xiàn)有的光纖光柵傳感系統(tǒng)中的解調(diào)方法，比較了其優(yōu)劣，在此基礎(chǔ)上，合作設(shè)計(jì)了一種基于懸臂梁的匹配FBG傳感方案，進(jìn)行了雙光柵振動(dòng)傳感實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了理論推導(dǎo)，給出了加載正弦信號(hào)情況下解調(diào)信號(hào)的理論表達(dá)式，并進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬。實(shí)驗(yàn)中成功完成了1300Hz的振動(dòng)信號(hào)的測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論推導(dǎo)完全吻合。5對大于兩個(gè)傳感單元的大規(guī)模傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了理論分析對時(shí)分和波分復(fù)用方案進(jìn)行了有益的討論，提出

5、了4個(gè)傳感單元的實(shí)現(xiàn)方案。關(guān)鍵詞：光纖光柵，光源，光纖激光器，解調(diào)，傳感網(wǎng)絡(luò)南開夫掌碩士卷位論文捕要usingcantileverbasedmatchedFBG’sasthesensingelementwasdesignedTh∞fetic越deductionwaslaunchedalthesametimeSinusoidalsignalwasfedtothesensingheadVibrationsignalsofafrequency

6、upto300HzweremonitoredsuccessfullyTheexperimentalresultswereinverygoodaccordancewiththetheoreticalcurve5Theoreticalanalysesweremadeintermsofsensingsystemwimmorethan2sensingelementsUsefuldiscussionwasgivenonTDMandWDMsensi