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环形干涉光纤传感器若干关键问题研究

毛献辉  
【摘要】:伴随光纤通讯技术日新月异的发展,光纤传感技术得到长足进步。作为光纤传感器的一个重要组成部分,环形干涉光纤传感器凭借其高灵敏度在光纤陀螺方面得到了成功的应用。本论文以光纤陀螺为例,针对环形干涉光纤传感器面临的问题,就温度对环形干涉光纤传感器的关键器件——多功能集成光学器件(简称 Y 波导)的影响及其补偿、循环干涉光纤传感器的信号检测方法等若干关键问题进行了深入研究,并提出具体解决方案。这些问题的解决,将有助于推动环形干涉光纤传感器的应用。 环形干涉光纤传感器信号检测基于相位调制解调技术。Y 波导是环形干涉光纤传感器常用的相位调制器件,半波电压是它的一个关键参数。本论文提出了一种基于线性调频外差干涉技术测量 Y 波导半波电压的新方法。这种方法克服了以往测量方法不准确的缺点,极大地提高了半波电压测量的精度,测量误差小于 1‰。 温度是影响环形干涉光纤传感器性能的主要因素。环形干涉光纤传感器的光学元件对温度敏感性造成了传感器在零位漂移和标度因数等方面的不稳定性。本文分析并测量了 Y 波导的温度特性,并针对 Y 波导温度特性对环形光纤传感器的影响,提出一种双闭环系统的补偿结构。实验证明采用这种双闭环的补偿结构可以有效地抑制 Y 波导温度特性对传感器动态性能和标度因数的影响,提高了环形干涉光纤传感器的性能。 本文设计并制作了环形干涉光纤传感器的信号处理系统和数据通讯接口电路,对电路系统进行了硬件调试和实验研究。运用 DSP 数字信号处理技术,实现环形干涉光纤传感器的系统功能、Y 波导温度特性的补偿技术以及循环干涉光纤传感器的信号检测。 循环干涉光纤传感器中光信号在光纤环中多次循环,在输出端各次循环的干涉信号混叠在一起。如何有效地进行信号检测是这种传感器能够实用的关键。本论文针对循环干涉光纤传感器提出了一种脉冲调制的信号检测方法,这种方法能有效地分离不同循环次数的干涉信号,在此基础上进行信号检测,并在实验中实现了对循环 1 次和 2 次的光信号的分离检测。


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1 毛献辉;环形干涉光纤传感器若干关键问题研究[D];清华大学;2005年
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