光纤环腔衰荡多参量传感网络研究

论文摘要

在日常生活中,水资源的污染,雾霾的肆虐给人类的生活环境带来巨大的危害,国家政府也花费了巨大的人力物力。液体和空气污染情况的检测势在必行。在科学钻研范畴,人们对溶液浓度、相对湿度和雾霾的检测做了一些相关实验,但大部分是通过化学方式检测,可能会导致物质本身性质改变,而光学检测方式不会转变待测介质的有关性质。本论文提出了一种光纤环腔衰荡多参量传感网络结构,用蔗糖溶液模拟液体环境,香烟烟雾模拟雾霾环境,实现了溶液浓度、相对湿度和烟雾浓度的同时传感测量,为水污染,空气污染检测提供了有效参考。在光纤环腔衰荡多参量传感网络结构中,系统着重分析了光纤环腔衰荡系统中耦合器分光比和掺铒光纤放大器等光纤器件参数的选取,选择了2Vpp幅度,1KHz,14μs脉宽,0.5%占空比的脉冲信号作为调制信号、1550nm分布式半导体负反馈激光源、99:1分光比的耦合器、2m长铒纤的掺铒光纤放大器。同时详细介绍了双错位马泽干涉结构,光纤对准气室以及湿气制备系统的设计。系统阐述了双错位马泽传感测量原理,错位结构制作过程和错位结构参数的选取,得到了4cm干涉长度和3.75μm的最佳错位量;研究自制了光纤对准气室结构、自聚焦透镜对准装置及相对湿度制备系统。多参量传感网络结构由多个衰荡环腔一级一级串联成梯型,其中每个环腔中插入一个传感单元,环腔之间设置不同长度的光纤延迟线,使不同参量传感结果在时间上分开(即时分复用),以达到多参量同时测量的目的。但在实验实施过程中,每个环腔参量的输出仍存在交叉串扰,因此为避免时域周期输出信号的混叠,对每个环腔设置不同长度的光纤环,即每个传感单元所在的腔长不同,使输出经傅里叶变换后在频域中完成有效分开(即频分复用),通过测量3dB带宽来衡量和区分各物理量的变化。本文最终利用时分/频分(TDM/FDM)混合复用技术实现了以溶液浓度、相对湿度和烟雾浓度为例的光纤环腔衰荡多参量同时传感测量研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 光纤传感网络研究背景
•     1.1.1 光纤传感网络分类
•     1.1.2 光纤传感网络拓扑结构
•   1.2 光纤环腔衰荡传感网络发展概况
•   1.3 论文主要研究内容及创新点
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 创新点
• 第二章 光纤环形腔衰荡技术基本理论与系统结构
•   2.1 FLRDS技术基本原理及特点
•     2.1.1 FLRDS技术基本原理
•     2.1.2 FLRDS技术特点
•   2.2 光纤环腔衰荡系统结构
•     2.2.1 光源
•     2.2.2 光纤耦合器
•     2.2.3 光纤隔离器
•     2.2.4 掺铒光纤放大器
•     2.2.5 光电探测器和示波器
•   2.3 本章小结
• 第三章 复用技术
•   3.1 时分复用技术
•   3.2 波分复用技术
•   3.3 频分复用（OFDR）技术
•   3.4 其他复用技术
•     3.4.1 相干复用技术
•     3.4.2 空分复用技术
•     3.4.3 混合复用技术
•   3.5 本章小结
• 第四章 传感单元设计与制作
•   4.1 马泽错位干涉
•     4.1.1 马泽错位干涉传感结构
•     4.1.2 马泽错位干涉原理
•   4.2 光纤对准气室
•     4.2.1 烟雾浓度测量装置
•     4.2.2 相对湿度测量装置
•   4.3 本章小结
• 第五章 多参量传感网络结构搭建与实验分析
•   5.1 多参量传感网络结构
•   5.2 数据处理及实验结果
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 本文主要完成工作总结
•   6.2 下一步工作计划展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨亚萍

导师: 王芳

关键词: 光纤环腔衰荡传感网络,混合复用,双错位干涉,光纤对准气室,多参量

来源: 河南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 河南师范大学

分类号: TN253;TP212.9

DOI: 10.27118/d.cnki.ghesu.2019.000252

总页数: 62

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