光纤光栅光波与微波解调技术在环境温度传感中的研究

论文摘要

光纤传感以其轻质量、高灵敏度、强抗扰性、易集成等特点,被广泛运用于气体、水质等监测,尤其是在有毒有害、易燃易爆的恶劣环境中,也不会对环境产生二次污染。随着环境问题愈发严峻,现有的检测技术趋于成熟,进一步对环境指标进行快速、实时、大范围的同步测量需求日益迫切。在此背景下,针对不同的分辨率需要,本论文设计了几种基于光波和微波共同调制的光纤温度传感解调系统,并进行了深入的理论以及实验研究。主要研究成果概述如下:传统的输出功率及带宽固定的激光器若工作在饱和状态,输出功率普遍较低,难以应对越来越高的系统性能需求,传感器的波长灵敏度也受到限制。为突破常规全光纤激光传感器的特性限制,本研究实现了一种高功率、窄线宽的自注入锁定环形激光传感器,激光器工作波长的变化转变为激光器的腔长变化,在26℃-36℃的温度上升范围内,通过测量激光输出功率对温度变化进行感知。提出并通过实验验证了一种基于微波信号产生原理的温度传感方法,能够快速精确地对传感器进行解调。利用光纤光栅反射频谱打破拍频信号平衡从而将相位变化转换为强度变化,得到强度与温度的对应关系的曲线。该方案可以描述振幅响应平坦区域的温度调谐,提高了中心波长附近的温度传感分辨率。针对基于射频非平衡马赫-增德尔干涉仪的波长解调系统的特性展开研究,测量了系统各节点输出功率衰减。针对光源噪声的影响,提出了对于某个特定微波频率输出强度的一定量样本的观测值,采用最大射频强度判别法选择数据点的方法。本研究对于非相干光与微波光子滤波器在光纤传感应用过程中的性能改进与可行性研究具有实际参考意义。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 本课题研究背景与意义
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 光纤传感系统
•     1.3.2 微波光子系统
•   1.4 本文内容安排与主要创新点
• 第二章 光纤传感系统中的无源器件及结构组成
•   2.1 光源
•   2.2 电光调制器
•   2.3 光电探测器
•   2.4 光纤布拉格光栅
•     2.4.1 光纤布拉格光栅结构
•     2.4.2 光纤光栅温度传感原理
•   2.5 光纤激光传感系统结构
•     2.5.1 模式选择理论
•     2.5.2 光纤激光温度传感系统
•   2.6 微波光子传感系统结构
•     2.6.1 光纤激光拍频解调系统
•     2.6.2 OEO振荡频率解调系统
•     2.6.3 基于微波光子滤波器的传感系统
• 第三章 基于光纤激光器自注入锁定的温度传感实验研究
•   3.1 光纤激光环形腔传输矩阵
•   3.2 实验装置及传感原理
•   3.3 实验结果及讨论
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于相干光源的微波光子温度传感方法
•   4.1 基于相位到强度调制转换的传感原理
•   4.2 实验探究方法
•   4.3 实验结果与讨论
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于非相干光的微波光子温度传感方法
•   5.1 单光源微波光子滤波器
•   5.2 基于射频非平衡干涉仪的实验装置及原理
•   5.3 实验结果与讨论
•     5.3.1 系统损耗及时延研究
•     5.3.2 温度传感实验研究
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱雨霜

导师: 桂林,方立新,夏江珍

关键词: 微波光子学,光纤光栅,注入锁定,相位转换,最大值判别法

来源: 上海第二工业大学

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: 上海第二工业大学

分类号: TP212;TN253

DOI: 10.27916/d.cnki.ghdeg.2019.000016

总页数: 56

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