收藏本站
《哈尔滨理工大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究

于效宇  
【摘要】: 光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光纤光栅作为传感元件具有其它传感器无可比拟的优点。FBG传感器结构紧凑,易于集成和埋覆测量,对传感信息采用本征性波长编码,免受电磁噪声和光强波动的干扰,并且便于采用复用(波分、时分、空分)技术实现对多种传感量(应力、温度等)的准分布式多点测量,在民用、航空、船舶、电力和石油等领域的安全监测方面有着广泛的应用前景。目前,FBG传感解调的方法和装置包括非平衡马赫—曾德干涉仪法、边缘滤波器法、匹配FBG滤波器法和可调谐法布里—珀罗(Fabry-Perot,F-P)滤波器法等。其中,可调谐F-P滤波器法通过微驱动器调谐腔长扫描传感FBG,具有灵敏度高、调谐范围大等优点更适用于多点扫描。因此本文对可调谐F-P滤波器解调方法进行了较为深入的研究。 本文研究了端面光吸收损耗,有限多光束干涉及反射平板不平行对F-P滤波器光学性能的影响,提出了可调谐F-P滤波器的参数范围和设计要求。通过仿真实验设计了基于磁场梯度力的微位移驱动器和基于电场力的微位移驱动器。分析了基于超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material,GMM)和基于压电陶瓷(piezoelectric,PZT)微位移驱动技术的特点,确定了微位移驱动方案。设计了一种可调谐F-P滤波器结构,利用该结构能够实现对FBG传感器的解调功能。为了消除可调谐F-P滤波器腔长随温度漂移的影响,降低系统复杂性,通过有限元方法对可调谐F-P滤波器结构的温度稳定性进行了研究。首先通过实验测得可调谐F-P滤波器结构的温度—腔长变化曲线,与有限元分析软件仿真得到的温度—腔长变化曲线对比确定了有限元模型和有限元计算方法的可行性,然后建立了基于复合结构(因瓦合金、碳钢)的低温度漂移有限元模型,应用低热膨胀系数的因瓦合金补偿了PZT模块的热膨胀差异。仿真研究表明,复合结构消除了温度漂移现象。 为了准确测定解调系统输出信号的峰值发生时间,需要滤除噪声,恢复输出信号,因此对信号重建算法进行了研究。通过对系统输出信号的频谱分析,确定了噪声的频率范围,设计了基于凯泽窗的数字低通滤波器。针对低通滤波后依然存在噪声导致信号失真的问题,根据FBG的反射谱特性对信号进行了局部高斯拟合,保证了求取峰值时间的准确性。 分析了串联型和并联型的实时校正方案,选择并完善了并联型方案。最后设计了一种基于可调谐F-P滤波器的多点FBG解调系统,此系统根据48个参考点采用快速分段算法确定PZT驱动电压—波长函数,使用此函数实时校正微驱动器件的非线性误差以及可调谐F-P滤波器的结构性误差,从而能够提高系统的测量精度。此外,设计了以现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)为核心的后续电路单元,将解调系统的控制、滤波计算和数据压缩等电路集成在FPGA芯片内部,保证了系统的实时性。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN253;TN763

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 贾振安;刘静;乔学光;尉婷;高宏;冯宏飞;;FBG传感信号数字化可调谐F-P滤波器解调技术研究[J];光电子.激光;2011年05期
2 范刘静;马力;韩道福;何水;;基于动态法布里-珀罗腔的光纤光栅温度传感[J];中国激光;2012年10期
3 范刘静;韩道福;马力;戚小平;;动态F-P腔对波长的解调方法[J];南昌大学学报(理科版);2012年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 关思敏;基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅波长解调系统设计[D];哈尔滨理工大学;2011年
2 王升鸿;基于DFB激光器的光纤光栅信号解调技术[D];哈尔滨理工大学;2011年
3 杨晶;光纤式SF_6气体密度监测技术研究应用[D];西安科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄勇林,董兴法,李杰,姜莉,董孝义;光纤光栅的电磁调谐[J];半导体光电;2004年03期
2 陈冠三;光纤光栅电流传感器[J];传感技术学报;2000年03期
3 潘军;黄庆安;秦明;;电磁激励的硅谐振梁设计和有限元分析[J];传感技术学报;2006年05期
4 叶敏;周文晖;顾伟康;;基于FPGA的实时图像滤波及边缘检测方法[J];传感技术学报;2007年03期
5 王目光,李唐军,卓锋,赵玉成,简水生;应变和温度同时测量光纤光栅传感器的研究[J];传感器技术;2001年09期
6 姜德生,郭会勇,周向阳,越方禹,李向舜,黄俊;一种有保护装置的光纤光栅漏油报警传感器[J];传感器技术;2004年04期
7 汪宏章,戴珩;新型F-P腔滤波器的性能分析及控制[J];传感器技术;2005年09期
8 邸志刚,贾春荣,郑绳楦,李海颖;基于F-P标准具的光纤光栅应变传感解调系统[J];传感器技术;2005年09期
9 曹晔;刘波;开桂云;董孝义;;光纤光栅传感技术研究现状及发展前景[J];传感器技术;2005年12期
10 熊燕玲;赵洪;张剑;肖孟本;;基于超磁致伸缩材料的光纤光栅交流电流传感系统[J];电工技术学报;2006年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪敏;石少卿;肖丹;;局部火灾下钢框架的反应分析[J];四川建筑科学研究;2007年01期
2 杨秀英;赵金城;王益超;;高温对管桁架节点承载力的影响[J];四川建筑科学研究;2008年02期
3 陈剑波;缪宏伟;裘盼盼;;采用半刚性节点门式厂房的ANSYS计算[J];安徽建筑;2011年06期
4 周玲;;基于MATLAB的语音信号数字滤波处理[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2011年03期
5 丁硕;;基于LabVIEW的虚拟数字滤波器的设计[J];鞍山师范学院学报;2008年02期
6 程玉;赵华新;;SWC型十字轴万向联轴器的有限元分析[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2010年04期
7 魏世明,柴敬,李毅;岩梁小变形的光纤光栅检测方法研究[J];地下空间与工程学报;2005年S1期
8 魏世明;柴敬;;相似模拟实验中光纤光栅传感检测研究[J];地下空间与工程学报;2007年06期
9 张伟刚,赵启大,开桂云,刘志国,董孝义;基于弹性梁的光纤光栅波长调谐原理及技术[J];半导体光电;2001年05期
10 黄山,赵华凤,俞涛,周开军,刘海涛;光纤光栅温度补偿桥式结构[J];半导体光电;2003年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘长武;吴鑫;陈泽辉;;基于光纤微弯传感的三维物理模型应力测量技术[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
2 张昊;刘波;贾承来;;一种光纤折射率的新型测量方法[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 雷平顺;薛力芳;何军;曾华林;付跃刚;周燕;;ZEMAX在多模光纤准直器设计中的应用[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 金钟燮;崔海军;;基于M-Z干涉仪的正交信号处理法波长解调系统[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 庄卫星;金轶群;;FTTH用高强度抗弯曲单模光纤[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
6 毕卫红;潘宇;于建云;;双F-P腔光纤电压传感系统[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
7 史巍巍;胡婷婷;;光纤光栅探测超声波的研究现状浅析[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
8 王社良;韩慧敏;边兆伟;郑晓蒙;;压电智能桁架结构的优化分析[A];中国钢结构协会第五次全国会员代表大会暨学术年会论文集[C];2007年
9 董晓马;王忠辉;;智能复合材料中FBG智能夹层的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(9)[C];2007年
10 袁青鑫;李学慧;;纳米磁性液体悬浮性能的实验研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 朱晓亮;波导型微结构光纤与标准光纤的耦合机理研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张勇;布里渊光纤陀螺有源腔关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 陈世同;高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 吕文磊;压差式光纤矢量水听器基元与测试技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
7 易吉良;基于S变换的电能质量扰动分析[D];湖南大学;2010年
8 李瑞雪;新型磁性纳米功能材料的制备与性能研究[D];华南理工大学;2010年
9 史青;光子晶体光纤及其在传感领域的应用研究[D];南开大学;2010年
10 姜萌;光纤CRDS流体传感的理论与实验研究[D];南开大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王磊;继电保护测试仪检定装置的研究与实现[D];南昌航空大学;2010年
2 胡霁;基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统[D];南昌航空大学;2010年
3 高超;双包层光纤微弯传感器及光纤光栅传感网络设计研究[D];山东科技大学;2010年
4 衡泽超;基于ATT7022B的三相多用户电能表研究[D];山东科技大学;2010年
5 毕博;隔离四通道数字存储示波器的设计与研究[D];山东科技大学;2010年
6 徐坤山;三相四线制并联型有源电力滤波器的研究[D];山东科技大学;2010年
7 王铁柱;基于硅基波导声光移频器理论与技术的研究[D];长春理工大学;2010年
8 左伟丽;连续掺镱光子晶体光纤激光器理论和实验研究[D];郑州大学;2010年
9 韩书新;光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 孙巧英;光纤陀螺捷联系统振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 祖伟;马修水;李桂华;;光纤光栅传感器原理与应用及其发展趋势[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年02期
2 于效宇;赵洪;刘艳;岳振;;一种基于F-P干涉仪的FBG解调系统信号重建算法[J];半导体光电;2009年01期
3 王宏亮;张晶;乔学光;贾振安;王瑜;马超;;光纤光栅传感解调系统的研究进展[J];半导体技术;2007年03期
4 王忠林;阎明媚;;半导体激光器恒流驱动电路的研制[J];滨州学院学报;2007年03期
5 况庆强;刘永东;桑明煌;聂义友;;光纤光栅传感原理及其实用化问题的研究[J];江西师范大学学报(自然科学版);2008年01期
6 关铁梁;同时测量应力和温度的光纤传感技术述评[J];传感技术学报;1997年02期
7 曹晔;刘波;开桂云;董孝义;;光纤光栅传感技术研究现状及发展前景[J];传感器技术;2005年12期
8 赵立民;李文强;;光纤Bragg光栅传感器的解调方法概述[J];传感器与微系统;2007年03期
9 尚秋峰;林炳花;;光纤Bragg光栅传感系统典型寻峰算法的比较分析[J];电测与仪表;2010年02期
10 张昕明,余有龙,朱勇;光纤光栅传感系统信号解调技术[J];光电子技术与信息;2002年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吕辰刚;光纤光栅在工程结构检测中的应用与实验研究[D];天津大学;2007年
2 常天英;基于布里渊散射的分布式光纤传感系统研究[D];山东大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋松;GMM-FBG电流传感器及其应用技术[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 王杰;基于F-P滤波器的光纤光栅传感解调技术的研究[D];南京邮电大学;2011年
3 修舟;压电陶瓷(PZT)特性测试与分析[D];昆明理工大学;2005年
4 王庆华;基于FBG传感信号解调技术的研究[D];燕山大学;2006年
5 李森;压电陶瓷微位移驱动器输出特性的研究[D];合肥工业大学;2007年
6 康守强;基于DSP的光纤Bragg光栅传感信号解调技术的研究[D];哈尔滨理工大学;2007年
7 尤旭鹏;基于ARM的光纤光栅传感网络F-P解调器的测试系统的研究[D];哈尔滨理工大学;2007年
8 李长莉;基于FPGA的CCD扫描缺陷检测实时数据处理技术的研究[D];哈尔滨理工大学;2008年
9 冯利军;基于ARM和C8051F206的PPLN电光滤波器控制系统[D];天津大学;2007年
10 冉艳丽;基于可调光纤F-P滤波器实时解调系统的研究[D];武汉理工大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 刘泉;蔡林均;李政颖;唐智浩;杜峰;赵猛;;高速度高精度光纤布拉格光栅解调的寻峰算法研究[J];光电子.激光;2012年07期
2 王清伟;刘月明;田维坚;冯桂兰;;长周期光纤光栅传感信号解调技术研究现状[J];激光与光电子学进展;2012年08期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 董博;基于超磁致伸缩材料的光纤光栅电流测试技术的研究[D];燕山大学;2012年
2 马磊明;光纤光栅传感的数据融合技术研究[D];天津理工大学;2012年
3 朱方东;波分复用光纤光栅振动传感网络解调系统研究[D];武汉理工大学;2012年
4 杨刚;基于罗氏线圈的光纤光栅电流传感技术的研究[D];燕山大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩建强,朱长纯,刘君华;电热激励微谐振器及谐振式传感器[J];微纳电子技术;2002年08期
2 江毅,陈伟民,杨礼成,黄尚廉;光纤光栅用于应变/温度传感初探[J];传感技术学报;1997年03期
3 陈冠三;光纤光栅电流传感器[J];传感技术学报;2000年03期
4 禹大宽,乔学光,贾振安,王敏;光纤光栅传感系统的现状及发展趋势[J];传感器技术;2005年03期
5 廖延彪,黎敏;光纤传感器的今日与发展[J];传感器世界;2004年02期
6 赵洪,王暄,崔思海,李迎;基于CCD的XLPE电缆料杂质颗粒测量系统的研制[J];电机与控制学报;2002年04期
7 赵洪,屠德民,吕月兰,刘丽娟;聚合物电缆绝缘中缺陷微粒的 Mie 散射特性[J];电机与控制学报;1998年03期
8 谭小刚;多抽样率频率抽样FIR数字滤波器设计[J];电子科技大学学报;2002年05期
9 张卫杰;侯孝民;;高速大容量数据采集系统设计与实现[J];电子测量与仪器学报;2005年04期
10 黄建辉,赵洋;光纤布拉格光栅传感器实现应力测量的最新进展[J];光电子·激光;2000年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘杰;于海鹰;霍佃恒;刘统玉;王昌;张乐娟;;基于熔融拉锥过耦合器的光纤光栅解调系统[J];光电子技术;2009年03期
2 冯忠伟;张力;何彦璋;申雅峰;;基于衍射光栅的光纤光栅传感器解调系统研究[J];计测技术;2011年04期
3 蒋奇;徐于超;杜怀光;胡德波;李东升;;基于长信号谱自相关的光纤光栅传感解调方法[J];纳米技术与精密工程;2009年06期
4 滕峰成;居振仁;吴飞;李志全;吴惕华;;光纤光栅波长干涉解调技术的研究[J];仪器仪表学报;2006年S2期
5 何海涛;姚国珍;李保罡;李永倩;;基于F-P滤波器的光纤光栅解调技术研究[J];光通信技术;2010年06期
6 ;光纤器件[J];中国光学与应用光学文摘;2004年03期
7 鄂英子;;光纤光栅传感技术及应用[J];牡丹江师范学院学报(自然科学版);2007年03期
8 彭友桂;;光纤光栅传感技术及其应用研究[J];科技广场;2006年04期
9 彭仕玉;;光纤光栅轴向应力传感模型的研究[J];湖南理工学院学报(自然科学版);2007年02期
10 赵静;王建英;袁有江;;110kV变电所6kV开关柜光纤光栅温度在线监测系统[J];科技信息;2010年29期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴小培;李晓辉;;“数字信号处理”课程教学改革的体会与认识[A];电子高等教育学会2003年学术年会论文集[C];2003年
2 徐欣;张玲华;邓立新;;利用学科在线教育网站提高教学效果[A];电子高等教育学会2005年学术年会论文集[C];2005年
3 韩玮;叶丽娜;朱启兵;;基于LabVIEW的数字信号处理实验平台设计[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(二)[C];2007年
4 高西全;王军宁;丁玉美;阔永红;党英;;“数字信号处理”课程建设与改革[A];电子高等教育学会2003年学术年会论文集[C];2003年
5 陈功;蔡志明;;基于VIRTUOSO的应用设计[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
6 梁涓;徐欣;邓立新;王颖翠;;数字信号处理英文教材的教学实践与体会[A];电子高等教育学会2005年学术年会论文集[C];2005年
7 聂明新;王金昊;;DSP技术在手机语音识别中的应用[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年
8 杨鉴;王威廉;梁虹;普园媛;;基于MATLAB的“数字信号处理”交互式多媒体计算机辅助教学系统[A];电子高等教育学会2004年学术年会论文集[C];2004年
9 刘轶德;程韧;;基于TL16C750的DSP与PC机异步串行通信[A];中国通信集成电路技术与应用研讨会论文集[C];2004年
10 胡建平;邬杨波;李宏;;双传输门绝热逻辑和绝热乘法器设计[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 郑焱;南大介入最新数字技术研究[N];新华日报;2000年
2 本报记者 马爱平;全球首套智能铁路监测网络亮相[N];科技日报;2010年
3 上海 沈海宾;DSP[N];电脑报;2000年
4 本报记者 祁晓玲;香港理工将开发专注于电动车的汽车撞击模拟中心[N];中国工业报;2010年
5 杨兆清;山顿借“优势”UPS再度出击[N];计算机世界;2003年
6 ;Iomega开发1.5GB迷你磁盘[N];计算机世界;2003年
7 张京;专家详解数字电视[N];中国消费者报;2000年
8 本报记者 王宝钧;电脑电视热风吹市场[N];中国电子报;2000年
9 安徽 钱志远;1080p,没法爱你![N];电子报;2005年
10 记者 冯海波;暨大牵手世界顶尖实验室[N];广东科技报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于效宇;基于可调谐法布里—珀罗滤波器的光纤光栅解调技术研究[D];哈尔滨理工大学;2008年
2 贾宏志;光纤光栅传感器的理论和技术研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
3 刘军;桥梁长期健康监测系统集成与设计研究[D];武汉理工大学;2010年
4 林华杰;软件无线电理论及应用技术研究[D];西北工业大学;2004年
5 祝颖丹;LCM技术在线监控体系的研究[D];武汉理工大学;2005年
6 陈世国;数字核仪器系统中高斯成形滤波的设计与实现[D];四川大学;2005年
7 李东升;采用码分多址技术实现的光纤光栅自相关数字解调方法及传感网络[D];山东大学;2008年
8 丁喜波;电容式湿度传感器测试方法与测试系统研究[D];哈尔滨理工大学;2005年
9 符晶华;光纤光栅智能材料、结构的研究与应用[D];武汉理工大学;2006年
10 陈凤晨;基于光纤光栅技术的沥青路面车辙预估方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩伟强;基于软件无线电的解调技术[D];长春理工大学;2009年
2 岳振;光纤光栅波长信息高精度解调的关键技术[D];哈尔滨理工大学;2009年
3 莫牧;基于单片机的鸡蛋破损检测系统研究[D];华中农业大学;2005年
4 郭鹏;雷达信号数字化单元研究[D];大连海事大学;2006年
5 赵鹏;交流接触器寿命试验装置的研究[D];河北工业大学;2006年
6 徐恒;交流伺服控制在转台控制系统中的应用研究[D];合肥工业大学;2006年
7 张俊;混合磁悬浮系统鲁棒控制器的研究[D];西南交通大学;2006年
8 刘忠伟;电子式互感器数字信号处理系统的研究[D];河北工业大学;2006年
9 杜永;基于全数字控制的有源电力滤波器的硬件设计[D];河北工业大学;2007年
10 陈继德;数字化测试技术及其在漏电开关检测仪中的应用[D];华东师范大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026