光纤法—珀传感器的稀疏光谱采样硬件系统设计

• 作 者: 谢菊霞
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 光纤法-珀传感器 稀疏光谱采样 硬件系统 光电转换电路 高速

在各类光纤传感器中,光纤法-珀传感器因具有可靠性高、稳定性好、耐恶劣环境能力强等优点,特别适合工作于各类恶劣环境,是大型设备结构监测的重要手段。但由于受其信号解调原理限制,光纤法-珀传感器的测量速度不高,难以满足航空发动机、核动力装置等特殊场合的高速监测要求。因此,突破其测量速度的瓶颈,对于其在各类恶劣环境下的高速监测场合,具有潜在应用价值。要在保证其测量精度的条件下提高测量速度,就必须同时从其硬件采样与软件处理两面入手,而将硬件的稀疏光谱采样与软件的最大似然估计结合,则是突破光纤法-珀传感器解调速度的一个很有前途的途径。为此,本课题以最大似然估计解调算法为理论支撑,开展稀疏光谱采样的硬件系统研究,具体完成了如下工作:(1)对现有的解调算法和最大似然估计解调算法做了详细的对比分析,深入分析了在稀疏光谱采样下,最大似然估计解调算法的需求,并据此提出了针对该算法的专用硬件系统的总体设计方案。(2)根据硬件系统的总体设计方案,分析系统中各个模块的参数要求,结合市场各类器件性能参数,对各部分器件进行选型。系统采用出光功率可调、光谱平坦的台式ASE宽带光源;利用波分复用器对宽带光谱进行滤波,产生40路单波长光信号,实现稀疏光谱采样。(3)设计光电转换及放大电路。对硬件系统做损耗分析,结合算法需求提出电路的放大倍数、信噪比、带宽等设计需求;根据电路的等效噪声模型,对电路中各种噪声进行详细分析,并针对多个通道间的电路增益一致性和相位的一致性问题做了分析,调试电路,完成电路的性能测试且电路性能满足设计要求。(4)设计并搭建光纤法-珀传感器的稀疏光谱采样实验系统,对硬件系统各通路的损耗进行校正;验证所设计硬件系统的可行性。实验结果表明:稀疏光谱采样硬件系统能够很好的还原原始光谱,系统能够实现大范围测量,当腔长变化范围在250?m-400?m时,其解调误差小于1.152%,初步验证了光纤法-珀传感器的稀疏光谱采样硬件系统的可行性。