【摘 要】
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光纤传感器具有体积小、重量轻、抗干扰、抗腐蚀的优点,广泛应用于地质勘探、石油开采和矿山监测等领域,实现对温度、压力、振动等参数感知。但光纤传感器的解调设备存在价格昂贵、占用空间大、解调精度不高、稳定性不佳等问题。本文针对地质勘探钻孔水温、水压双检光纤传感器解调性能不高、稳定度弱的问题,研究并实现了一种基于可调谐激光器的解调方法,提高光纤解调系统的解调性能。解调电路包括电源、光源驱动、光电转换及采集
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光纤传感器具有体积小、重量轻、抗干扰、抗腐蚀的优点,广泛应用于地质勘探、石油开采和矿山监测等领域,实现对温度、压力、振动等参数感知。但光纤传感器的解调设备存在价格昂贵、占用空间大、解调精度不高、稳定性不佳等问题。本文针对地质勘探钻孔水温、水压双检光纤传感器解调性能不高、稳定度弱的问题,研究并实现了一种基于可调谐激光器的解调方法,提高光纤解调系统的解调性能。解调电路包括电源、光源驱动、光电转换及采集、控制和通信等模块。通过对两种不同的电流控制电路的仿真和对比,选择电压转换成恒流的方式来驱动光源,并验证电流输出的稳定性;结合激光器内部半导体制冷器,设计温度控制电路,保证激光器能够在合适的温度下稳定工作。针对光电转换模块,设计二极管采用光伏模式工作,降低转换过程中暗电流的影响。解调过程包括激光器波长的标定、解调算法和上位机的设计,其中激光器的标定用于实现电流和波长的对应,通过D/A芯片输出电流,驱动激光器发出相应的光波。解调算法使用功率加权法,先通过A/D芯片采集到原始数据,并采用累加平均法对数据进行降噪处理,降低对波峰的干扰,再设定阈值提升寻峰准确性并减少运算量,将采样点的功率作为加权系数与对应波长相乘后累加,再取平均值,最终确定峰值的位置。上位机的设计采用C#语言,将解调的数据结果进行显示,并可完成阈值的设定等操作。通过对传感器的温度和压力进行标定测试,验证解调系统的性能。测试结果表明,本文实现光纤解调系统的解调范围为40nm,解调精度在±3pm,解调时间为1s,性能较稳定,在30～70℃的温度范围内解调的波长波动为2pm,在0～5MPa的压力范围内解调的波长波动为2pm,参量和波长之间的线性度较高,可以满足对温度和压力两个参数的实时检测和长期解调,能够应用在对地下水温度和压力的监测中。图87表10参69
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