收藏本站
《黑龙江大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于旋光色散效应的光纤光栅传感解调方法研究

沈永良  
【摘要】:光纤光栅是目前发展最快的光纤传感器之一,由于光纤光栅是以波长编码的方式进行测量的,可用于对外界参量的绝对测量,应用范围非常广泛。光纤光栅传感信号的解调,即检测出敏感光纤光栅中心波长的移位,是光纤光栅传感系统中最关键的技术环节。对于利用单个光纤光栅实现的传感检测系统,例如光纤光栅加速度、流量传感器等,目前已报道的解调方法通常是针对传感系统中所使用光纤光栅的中心波长进行解调的,因此相应的解调装置不具有通用性。对于分布式光纤光栅传感网络,目前最广泛采用的是F-P扫描滤波法,由于扫描波长与电压间存在着迟滞、非线性和漂移,必须对F-P扫描滤波器进行实时标定。在保证标定精度的前提下,如何扩大标定装置的工作范围,以满足复用更多敏感光纤光栅的需求,也是需要解决的问题。本论文将采用基于旋光色散效应的波长检测方法,研制出具有通用性的单光纤光栅传感解调装置;研制出工作范围达到100nm以上的扫描F-P滤波器标定装置。为了适应未来发展需求,我们还将研制出同时适用于1310nm波段和1550nm波段的波长检测装置。特别是,我们将结合实际使用条件,在装置的实用化方面开展系统的研究工作。论文将主要开展下述几个方面的研究工作: 我们将利用石英晶体作为旋光色散介质,搭建出基于旋光色散效应的波长检测装置。为了消除入射光源功率不稳定性对检测精度的影响,我们将采用双光束偏振检测系统,并且针对该系统设计出相应的机械装置,以保证光路调整的精确性和机械稳定性。利用石英晶体的热膨胀系数和热光系数进行估算,石英晶体所处环境温度的变化应控制在±0.1℃,此时由温度变化引入的波长检测误差小于±0.4pm。我们自制了一个400×400×200mm3的小型恒温箱,并利用廉价的致冷片和加热器实现上述温控目标,由于恒温箱具有大惯性、大滞后、非线性等特点,因此我们选择对这样的对象控制有效的广义预测控制原理,并设计了预测控制递推算法,使恒温箱的控制精度达到了±0.1℃。同时,又用光源、耦合器、光电转换器、A/D转换器和信号处理单元组成系统,测量电路系统的对称性。 研制基于旋光色散效应的光纤F-P可调谐滤波器的标定装置。利用石英晶体作为旋光色散介质,并采用双光路偏振检测系统研发了相应的标定装置。利用石英晶体在C-Band的旋光色散效应,获得了线偏振光偏振面旋转角度与波长间的一一对应关系。将拟合的波长-旋转角关系作为波长参考基准,实现了对扫描F-P的标定,波长检测偏差与光谱仪测量值相比小于±6pm。还重点研究了如何提高标定装置的重复性、长期稳定性和可靠性问题。 研制了同时适用于1310nm波段和1550nm波段的波长计。通过恰当地选择石英晶体的长度,保证了双光路偏振检测系统在1310nm波段和1550nm波段同时满足正交偏置条件。避免了在用于不同波段检测时,由于重新调整起偏器的方位角引起的测量误差。通过实验,我们自行研制的波长计在1310nm波段和1550nm波段的波长检测偏差与光谱仪测量值相比均小于±6pm。 利用我们研制的基于旋光色散效应,可同时用于1310nm和1550nm波段的波长计。设计了光纤光栅解调装置,对1550nm波段的光纤光栅进行了温度传感解调。同时,为了使波长计能够适用于对不同功率级别的光源进行检测,将光纤准直器与光源间的光纤绕制成偏振控制器,通过调整偏振控制器与起偏器间的角度,可使进入到波长计的光功率实现从10%到80%的调变。这样,当对具有不同光功率级别的激光器进行检测时,在光电探测器上能够保持一个合适的、固定的光强。使用本装置测得的光纤光栅一阶温度灵敏度系数为8.04×106/oC,跟理论值相比,本装置一阶温度灵敏度系数误差为0.76×106/oC。可以看出使用本文设计的光纤光栅解调装置获得的光纤光栅热光系数和光纤光栅热膨胀系数与实际测的光纤光栅热光系数和光纤光栅热膨胀系数十分接近,而且和理论值基本一致,数量级相同,我们研究的实验装置是可行的。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 卓锋,王均宏,李唐军,赵玉成;用于分析双波长光纤光栅的矩阵运算法[J];光电子.激光;2001年04期
2 王目光,魏淮,简水生;复合型双周期光纤光栅的理论与实验研究[J];物理学报;2003年03期
3 杨亦飞,刘波,张伟刚,韦占雄,殷昀虢,开桂云,董孝义;工程化光纤光栅应变传感器的制作及其应用[J];仪表技术与传感器;2005年04期
4 贾振安,乔学光,李明,傅海威,刘颖刚;光纤光栅温度传感的非线性现象[J];光子学报;2003年07期
5 ;光纤光栅前景光明[J];激光与光电子学进展;1995年02期
6 舒学文,黄德修;光纤光栅研究的最新进展[J];激光与红外;1997年02期
7 李智红,盛秋琴,董孝义;长周期光纤光栅的原理与应用[J];光通信技术;1998年02期
8 张劲松,陈根祥,黄力群,赵玉成,魏道平,简水生;光纤光栅在光通信中的应用[J];光通信研究;1998年03期
9 丁浩,赵浩,张位在,陈高庭,方祖捷,李沈平,陈锦泰;内置光纤光栅的主动锁模光纤环形激光器输出光脉冲波长的电切换[J];中国激光;1998年05期
10 郭威,刘凯,黄永清,陈雪,任晓敏;光纤光栅布喇格波长调谐特性的研究[J];光通信技术;1999年03期
11 张爱华,李岩,张书练,谢芳;光纤布喇格光栅反射波长移位的探测[J];光电工程;2001年04期
12 孔梅,石邦任;光纤光栅温度与轴向应变响应机制分析[J];光子学报;2001年02期
13 张记龙,曾光宇;光纤光栅(FBG)传感技术及其应用[J];华北工学院测试技术学报;2001年04期
14 谢芳,张书练,李岩,张爱华,李相培;温度补偿的光纤光栅应力传感系统的研究[J];光学技术;2001年05期
15 周智,田石柱,赵雪峰,武湛君,欧进萍;光纤布拉格光栅应变与温度传感特性及其实验分析[J];功能材料;2002年05期
16 蔡海文,瞿荣辉,陈高庭,方祖捷;光纤光栅带内色散特性的离散时域分析[J];光学学报;2002年10期
17 鲁怀伟,梁元春,崔成刚;窄带高隔离度光纤光栅反射滤波器的理论分析[J];兰州大学学报(自然科学版);2002年02期
18 蔡海文,陈刚,耿健新,董作人,瞿荣辉,陈高庭,方祖捷;基于光纤光栅技术的新型光子器件及其在动态可配置波分复用光网络中的应用[J];高技术通讯;2002年10期
19 黄勇林,董兴法,李杰,董孝义;基于光纤光栅和环形器的高温度稳定性OADM的研究[J];激光杂志;2004年05期
20 刘丽辉,张伟刚,郭宏雷,曹晔,金龙,张昊,杨亦飞,赵启大,开桂云,董孝义;光纤布拉格光栅压力增敏的实验研究[J];中国激光;2004年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张铭;杨德兴;;一种光纤光栅式飞机驾驶杆力传感器[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年
2 关致和;周宏山;邵海涛;赵先龙;阮锐;;光纤光栅在海洋测绘中应用研究[A];2000年全国测绘仪器综合学术年会论文集[C];2000年
3 黄锐;蔡海文;方祖捷;陈高庭;;调节光纤光栅参数的一种新方法[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
4 徐明政;孙延辉;;石油工业光纤光栅传感技术的研究与应用[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年
5 闻传花;李玉权;;星间激光通信中光纤光栅的应用研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
6 倪明;杨华勇;李智忠;胡永明;;光纤光栅水听器[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年
7 刘立;陈伟民;章鹏;吴俊;刘浩;;基于光纤光栅的缆索锚固区索力测量传感器[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
8 周智;欧进萍;;FBG智能传感器及其在土木工程中的应用研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
9 陈金明;汤立群;;光纤光栅频谱和曝光特性研究[A];复合材料力学的现代进展与工程应用——全国复合材料力学研讨会论文集[C];2007年
10 牛永昌;饶云江;胡爱姿;陈爱军;高庆;马任飞;;长周期光纤光栅带宽分析[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 杨凤鸣;神奇的光纤光栅[N];中国电力报;2004年
2 山东 李保军;浅谈光纤光栅传感器[N];电子报;2005年
3 本报记者 宋剑峰;光通信:强势引领中国信息产业[N];中国高新技术产业导报;2001年
4 中国光学光电子行业协会 陈苗海;以“光速”发展的光通信元器件[N];中国电子报;2001年
5 欢静;光纤传感技术让地灾监测更精准[N];中国矿业报;2010年
6 ;绿色生态科技城 掘起天津高新区[N];中国高新技术产业导报;2004年
7 黑龙江省电信技术支援中心 林秋菊 王洪国;密集波分复用关键技术[N];人民邮电;2001年
8 记者 孙兆光 通讯员 武英俊;第五代管道预警技术成功试用[N];中国石油报;2008年
9 记者 陆梅阳 周少华 市报道组 叶胜荣 刘学文;富阳全力建设“浙江光谷”[N];浙江日报;2001年
10 吴映红;光纤传感器发展动向[N];中国电子报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 沈永良;基于旋光色散效应的光纤光栅传感解调方法研究[D];黑龙江大学;2012年
2 张锦龙;基于光纤光栅的传感和解调技术研究[D];北京邮电大学;2009年
3 沈小燕;光纤光栅应变传感及扩大应变传感范围的技术研究[D];天津大学;2010年
4 王月明;光纤光栅传感产业化技术研究及应用[D];武汉理工大学;2009年
5 倪娟;光纤光栅在微波光子学中的应用[D];浙江大学;2011年
6 颜玢玢;特殊结构光纤光栅理论与应用技术[D];北京邮电大学;2010年
7 倪凯;光纤光栅制备及传感应用研究[D];浙江大学;2011年
8 刘伟升;光纤光栅传感与光纤光栅激光器的应用研究[D];浙江大学;2011年
9 王为;光纤光栅在船舶结构健康监测中的关键技术研究[D];天津大学;2010年
10 王静;光纤光栅多参数传感理论技术研究及在地下工程灾害监测中的应用[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵玲君;光纤光栅传感器交叉敏感问题的研究[D];江南大学;2011年
2 周勇;光纤光栅城轨计轴技术[D];武汉理工大学;2010年
3 程立伟;磁光光纤光栅的偏振相关特性研究[D];电子科技大学;2010年
4 李崇真;磁光光纤光栅的双折射特性与磁可调性研究[D];电子科技大学;2011年
5 魏文星;基于ARM的嵌入式光纤光栅振动检测系统[D];山东大学;2010年
6 程洁琳;基于变迹光纤光栅的慢光孤子特性理论研究[D];北京邮电大学;2011年
7 姜旭;基于LabVIEW的电力测温软件系统的设计与实施[D];北京邮电大学;2010年
8 万贤杰;基于可调谐光源的光纤光栅温度监测系统在电网上的应用[D];中国科学技术大学;2011年
9 张丽莹;基于光纤光栅的加速度传感技术[D];黑龙江大学;2010年
10 陈琳;基于光纤光栅的旋转叶片变形监测方法与系统研究[D];武汉理工大学;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978