微光纖法珀應(yīng)變與折射率傳感器研究.pdf

1、光纖法珀傳感器作為光纖傳感器中極為重要的一類(lèi)受到科研工作人員的青睞。相對(duì)于其它光纖傳感器而言,光纖法珀傳感器在分辨率、精度、動(dòng)態(tài)范圍以及實(shí)現(xiàn)方式等方面優(yōu)勢(shì)明顯,是發(fā)展最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感器之一,目前在應(yīng)變、折射率等的測(cè)量中已展開(kāi)了廣泛的研究和應(yīng)用。 本文對(duì)光纖法珀傳感器的原理、分類(lèi)、解調(diào)方法和光纖法珀傳感器在折射率測(cè)量中的應(yīng)用及光纖法珀傳感器的復(fù)用原理做了詳細(xì)的闡述。本課題擬在法珀傳感器的解調(diào)精度和復(fù)用能力上探索更高

2、性能的解調(diào)算法,為實(shí)現(xiàn)法珀傳感器的規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文主要工作和成果如下： 1. 在單個(gè)傳感器的解調(diào)上,引入并分析了頻率校正法、CZT和ARMA諧波恢復(fù)法在光纖法珀傳感器解調(diào)中的應(yīng)用,將它們與FFT在各種性能上作了比較。頻率校正法直接以FFT為基礎(chǔ),因此計(jì)算簡(jiǎn)單,但它也保留了FFT的不足之處,存在著較大的誤差。ARMA諧波恢復(fù)法的解調(diào)結(jié)果準(zhǔn)確度高,效果穩(wěn)定,但計(jì)算稍顯復(fù)雜。CZT不僅解調(diào)效果好,而且計(jì)算量也較補(bǔ)零的FFT方法小

3、,是很好的法珀解調(diào)方法。在微應(yīng)變的解調(diào)上,CZT的解調(diào)結(jié)果的線性度為0.9994。 2. 在折射率的測(cè)量上,分析了157nm激光制作的光纖法珀折射率傳感器的傳感特性,該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便的優(yōu)點(diǎn)。采用干涉條紋計(jì)數(shù)的方法對(duì)法珀腔的反射光譜進(jìn)行解調(diào),避免了光強(qiáng)波動(dòng)的影響,同時(shí)具有較寬的折射率(PI)范圍。在0-70℃范圍內(nèi)25um的法珀腔腔長(zhǎng)變化量為6.25nm,等效的折射率變化為～2.46×10-4。常溫下對(duì)折射率范圍為1

4、.33-1.427的甘油溶液進(jìn)行了測(cè)量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線的線性度為0.9951,測(cè)量精度為～3.70×10-4。 3. 在法珀腔的復(fù)用上,分析了各種并行法珀腔的頻分復(fù)用解調(diào)算法。計(jì)算了傅里葉變換解調(diào)算法的頻率分辨率與光源中心波長(zhǎng)和帶寬的關(guān)系。分別比較了CZT與CZT-MUSIC、Root-MUSIC、AR并行頻率解調(diào)方法的性能。其中還分析了CZT-MUSIC中自相關(guān)函數(shù)和自相關(guān)矩陣對(duì)解調(diào)效果的影響,結(jié)果顯示采用漸進(jìn)無(wú)偏的自相關(guān)函數(shù)及