新型光纤传感器及其解调技术的研究

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第一根光纤诞生于20世纪60年代,自诞生以来,光纤凭借其诸多优点获得了世界的关注。光纤抗腐蚀、不受电磁场影响、质量轻、损耗低、寿命长、成本低。这些优越的性能使光纤逐步取代同轴电缆,已经成为通信线路的主要传播介质。如今,由于光通信技术成功产业化,衍生出如光纤传感技术等衡量国家信息化标志的高端技术。光纤传感技术在高新产业推动下不断推陈出新,广泛应用于军事、工业控制、安全监测、建筑计量等领域。现在已经实现了对振动、位移、湿度、压力、流速、转动等物理量的有效监测。  本论文介绍了一些光纤传感器技术的优点与不足,讨论了一些光纤传感器可以改进的地方。设计出一种新型的基于F-P干涉的振动传感器,以及一个基于DSP的光纤光栅应力传感系统。详细介绍了这两种传感器的工作机理,经过理论分析及实验检验,从而论证了这些设想的正确性和有效性。这次研发的传感器具有结构简单、精度高、价格低等优点,有望进行商业化量产,创造效益。  具体说来,本文主要工作包括以下几点:  (1)简单介绍了光纤传感器的概况、结构与分类、研究趋势等方面。  (2)介绍了现有的一些干涉型传感结构与光纤光栅传感技术,详细阐述了光纤光栅在温度、应力两个领域的传感特性。接下来介绍了针对光纤光栅的各种解调方法,简单扼要地分析了光谱仪直接解调法、匹配光栅解调法、光纤F-P可调谐滤波器解调法三种技术。  (3)提出了一种新型的基于F-P干涉的振动传感器。该传感器构造简洁,成本低廉,仅由一个半导体激光器、一个环行器、一个特殊结构的传感头、一只PIN管,一个放大电路,一台高速示波器组成。该振动传感器可以测量1Hz-1kHz范围的微小固体振动,振动范围在几百纳米级别。相比较之前的振动传感系统,该装置可以容易地拓展为分布式的监测系统。  (4)设计了一种基于DSP的光纤光栅桥梁结构应力监控系统。解调系统共有8个通道,总共48个FBG。扫频带宽为36nm,波长范围为1526nm-1562nm。利用PIN光电二极管、高动态范围的线性放大器AD8629和DSP内置的12位AD模数转换模块作为接收前端,经过DSP芯片运行峰值检测算法,计算出相对峰值,通过USB传输数据到PC机,并利用上位机分析数据。  (5)对本论文的内容进行简要归纳,并指出了后续研究的方向。
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