基于微波調(diào)制的準(zhǔn)分布式光纖傳感及其波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)研究.pdf

1、光纖傳感技術(shù)由于其體小質(zhì)輕，高靈敏度，抗電磁干擾等一系列優(yōu)點(diǎn)受到學(xué)術(shù)以及工業(yè)界的廣泛關(guān)注。目前用光纖傳感技術(shù)可測(cè)量的物理環(huán)境參數(shù)高達(dá)上百種，使的它在很多工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著非常重要的作用。大規(guī)模分布式光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)在需要進(jìn)行大范圍的實(shí)時(shí)測(cè)量應(yīng)用中，如橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)，油井探測(cè)等等，更是具有非常誘人的應(yīng)用前景。然而其代價(jià)高，響應(yīng)速度慢，信號(hào)功率弱，以及復(fù)用容量與光柵之間串?dāng)_之間矛盾等一系列缺點(diǎn)依然限制了目前的傳感網(wǎng)絡(luò)在涉及到需要在特大范圍中的進(jìn)

2、行實(shí)時(shí)探測(cè)的一些工業(yè)的廣泛應(yīng)用。
　　本論文在這一背景在，對(duì)一系列新型的基于微波調(diào)制的分布式光纖傳感進(jìn)行了深入的理論以及實(shí)驗(yàn)研究，并設(shè)計(jì)了一些適用于大型分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)布拉格光柵(FBG)的解調(diào)的方案。主要的研究成果如下
　　(1)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證一種基于微波域干涉解調(diào)的一種長(zhǎng)距離光柵應(yīng)力傳感系統(tǒng)。在此方案之中我們創(chuàng)新地將長(zhǎng)距離的光纖鏈路利用作為干涉信號(hào)的色散介質(zhì)，將波長(zhǎng)信息轉(zhuǎn)化為時(shí)延信息，使得FBG的波長(zhǎng)漂移轉(zhuǎn)換為微波域干涉譜

3、的移動(dòng)。此長(zhǎng)距離探測(cè)系統(tǒng)具有高靈敏度，高靈活性、溫度自適應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)。更重要的是相對(duì)于傳統(tǒng)光域干涉儀傳感器，此基于微波域的干涉儀具有更加穩(wěn)定以及可靠的測(cè)量性能。
　　(2)提出了一種基于交叉高斯濾波器的布拉格光柵傳感器的解調(diào)方案。方案中使用了兩個(gè)相同但具有一定中心偏差的高斯濾波器，將光柵波長(zhǎng)的變化線性的轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度的變化。它具有潛在的超快響應(yīng)速度和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)變化的能力，另外可以通過(guò)簡(jiǎn)單的控制兩個(gè)高斯濾波器的中心偏差大小來(lái)調(diào)節(jié)靈敏度以

4、及動(dòng)態(tài)范圍，使得它具有極高的測(cè)量靈活性。此外，由于它使用的是可以具有超寬譜的高斯濾波器件，相對(duì)于傳統(tǒng)的線性邊緣濾波思想，此方案具有潛在的更大的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。更重要的是此解調(diào)思想不但適用于傳統(tǒng)的布拉格光柵的測(cè)量，也可以被用來(lái)解調(diào)具有寬的反射譜的超短布拉格光柵，為此類光柵提供了非常理想的解調(diào)方案，并為其今后在傳感網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了非常重要的基礎(chǔ)。
　　(3)提出一種基于分析微波光子網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)的大規(guī)模分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。具有寬反

5、射譜的超短布拉格光柵作為全同光柵傳感器，并將交叉高斯濾波的解調(diào)思想創(chuàng)新性地運(yùn)用在傳感網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了傳感網(wǎng)絡(luò)的可行性，以及其可調(diào)諧靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，不受絕對(duì)強(qiáng)度變化干擾，高性噪比以及低串?dāng)_等一系列特點(diǎn)。本論文還通過(guò)仿真進(jìn)一步全面的分析了此大規(guī)模傳感網(wǎng)絡(luò)的串?dāng)_，復(fù)用容量等等一些重要的系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)一步得出此新型的基于超短光柵的傳感網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)方案相比，在理論上具有的顯著更高的復(fù)用容量和整體信號(hào)功率，因此其將更加適用于大規(guī)模的監(jiān)測(cè)應(yīng)用之中。