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基于Bragg光纤光栅的测温模型及抗串扰方法研究

李平川  
【摘要】: 光纤光栅是近年来发展最为迅速、应用最为广泛的光纤无源器件之一。由于它的许多独特的优点,在光纤传感等领域具有广阔的应用前景。光纤光栅传感器已经成为传感器研究领域中的一大热点,本文旨在研究一种抗串扰方法,以此来提高串联光栅的数量,从而降低单点检测成本。 在分析相关研究文献的基础上,本文从光纤中的麦克斯韦方程组出发,推导耦合模方程。分别采用耦合模和转移矩阵法对Bragg光纤光栅和切趾光栅的反射光谱进行数值模拟仿真,并分析了光栅反射光谱的特性。 建立了光纤光栅测温模型,并利用实验对该模型进行了相应验证。 在以往使用的形状复用方法的基础上,本文提出了一种抗串扰的方法。在不改变已有硬件的基础上,该方法利用信号处理技术达到串联更多传感器的目的。在抗串扰方法的研究过程中,提出了独立光谱的概念,推导了两个光栅串联时光谱的叠加公式,并推广到多个光栅串联时光谱的叠加情况。 借助matlab软件模拟计算了两个光栅的反射光谱发生串扰的过程,使用抗串扰算法对模拟的光谱数据进行了处理,发现利用算法计算得到的Bragg波长与实际值的误差不会超过设定的模拟光谱的分辨率。同时设计了验证抗串扰方法的实验,对所测得的数据进行了分析处理,得到了相对满意的结果,验证了所建立的抗串扰算法是正确性和可行性。


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