基于成像光譜法的光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)研究.pdf

1、本論文是在國(guó)家科技部863項(xiàng)目和天津市科技重大攻關(guān)項(xiàng)目的支持下完成的。光纖光柵是近幾年發(fā)展最為迅速的光纖無(wú)源器件之一。光纖光柵作為傳感元件，它具有其它傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，即感應(yīng)的信息用波長(zhǎng)編碼，而波長(zhǎng)這個(gè)絕對(duì)參量不受光源功率的波動(dòng)、連接或耦合損耗的影響。另外，光纖光柵傳感還可以通過(guò)波分復(fù)用、空分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用等各種復(fù)用技術(shù)構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，即在一根光纖中可以連續(xù)寫(xiě)入或串接多個(gè)光纖光柵構(gòu)成光纖光柵傳感陣列，這是光纖光柵傳感器獨(dú)有的技術(shù)，也是

2、降低光纖光柵傳感系統(tǒng)成本，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、分布式傳感的重要途徑。因此，光纖光柵傳感陣列的解調(diào)就成為一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。雖然光纖光柵傳感利用波長(zhǎng)這個(gè)絕對(duì)參量感應(yīng)外部信息，但是當(dāng)外部多個(gè)參量綜合作用時(shí)，而且當(dāng)光纖光柵傳感器的數(shù)目增加時(shí),光纖光柵分布傳感的解調(diào)就成為一個(gè)瓶頸。因此光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)引起了世界各國(guó)有關(guān)研究者的廣泛關(guān)注和極大興趣。隨著光纖光柵傳感陣列和光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，光纖光柵傳感器數(shù)目急劇增加，這就涉及到傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取和處理等問(wèn)

3、題，即數(shù)據(jù)融合問(wèn)題。在光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)中，不但產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)處理，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，歸納，總結(jié)特征，形成對(duì)態(tài)勢(shì)的評(píng)估，最終形成判斷、識(shí)別。因此光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合也成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。 本論文以光纖光柵為研究對(duì)象，對(duì)其傳感特性和解調(diào)技術(shù)進(jìn)行探討和研究，并著重分析了光纖光柵傳感的解調(diào)特性。主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)有： 1．概括介紹了光纖光柵傳感技術(shù)和解調(diào)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀。著重介紹了傳統(tǒng)解調(diào)技術(shù)的原理和特點(diǎn)，并分析了

4、傳統(tǒng)光纖光柵傳感解調(diào)技術(shù)的不足。 2．詳細(xì)討論了作為光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的兩大部分：相位光柵和圖像傳感器。首先分析了體相位光柵特性及其分波原理，其次對(duì)CCD和InGaAs圖像傳感器的探測(cè)原理、結(jié)構(gòu)等特性進(jìn)行了描述和比較。 3．概括介紹了傾斜光柵的原理結(jié)構(gòu)，寫(xiě)入方法，而且利用體電流方法對(duì)傾斜光柵的耦合進(jìn)行了理論分析，接著對(duì)傾斜光柵的透射譜進(jìn)行了分析。我們寫(xiě)制了傾斜光柵，進(jìn)行了透射峰的分析，并且對(duì)傾斜光柵應(yīng)力傳感和溫度傳感的

5、特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。最后對(duì)傾斜光柵的分波原理進(jìn)行了闡述，并對(duì)基于傾斜光柵的解調(diào)技術(shù)進(jìn)行了研究。 4．提出了利用傾斜光柵分波，利用InGaAs圖像傳感器探測(cè)光強(qiáng)的光纖光柵傳感陣列的波長(zhǎng)解調(diào)方法。 5．利用InGaAs圖像傳感器，結(jié)合波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用等技術(shù)，通過(guò)后端軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)傳感檢測(cè)和多參量傳感檢測(cè)，并搭建了基于體相位光柵和 InGaAs圖像傳感器的光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)。這套解調(diào)系統(tǒng)不但尺寸小，功耗低，而且具有較高的