微波解調技術在干涉型光纖應力傳感中的應用研究.pdf

1、近些年來，光纖傳感技術憑借其體積小，質量輕，抗電磁干擾等一系列優(yōu)點受到學術以及工業(yè)界的廣泛關注。尤其是光纖光柵傳感器，其優(yōu)越的傳感性能和復用能力使它在很多應用領域中發(fā)揮著重要的作用，因此開發(fā)高效的光纖光柵解調技術一直是學術界研究的熱點。雖然目前已經出現了多種光柵解調技術，但是這些方案存在成本高，響應速度慢或者穩(wěn)定性差等問題，嚴重限制了光纖光柵傳感器在工程上的大范圍應用。微波光子學是一門新興的交叉學科，結合了光纖技術和成熟的微波技術的優(yōu)點

2、，在信號發(fā)生、傳感技術、新型雷達技術等領域中已經得到了廣泛的應用。
　　相比于傳統(tǒng)的光纖傳感方案，微波光子傳感系統(tǒng)具有更好的抗擾動能力，而且結合高度成熟的微波電子技術，這種新型光纖傳感系統(tǒng)可以達到很高的信號處理速度，同時具有較低的成本。在這一背景下，本文提出了新型的基于微波解調技術的光纖傳感系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)如何應用在光纖微參量傳感上進行了深入的理論和實驗研究，取得的主要研究成果如下：
　?。?）提出了一種基于微波域M-Z干涉

3、儀結構的光纖光柵應力解調系統(tǒng)，利用微波解調技術和光纖M-Z干涉結構中的光纖色散，將光纖光柵的中心波長漂移轉換成微波干涉結果的強度變化，從而通過監(jiān)測輸出信號強度變化解調出光柵的波長漂移。此微波干涉儀光柵解調系統(tǒng)具有非常好的靈敏度，實現了光柵上超過2000με的應力解調。
　?。?）設計并驗證了上述基于微波干涉結構的光纖光柵振動傳感系統(tǒng)，干涉儀將光柵上的振動信號調制到輸出干涉信號上，可以直接監(jiān)測光柵上振動信號的頻率。該振動傳感系統(tǒng)具有

4、較大的測量范圍，可以實現從80Hz到6kHz的振動信號的傳感監(jiān)測。
　?。?）構建了基于光電振蕩原理的新型光纖傳感系統(tǒng)，通過監(jiān)測光電振蕩器輸出振蕩信號的頻率漂移來解調出施加在傳輸光纖上的參量變化。利用該新型傳感系統(tǒng)實現了光纖上溫度的傳感，傳感的靈敏度達到2.05kHz/℃，線性度為0.9914。此外，還從理論上分析了一種基于雙光柵光電振蕩器的應力解調系統(tǒng)作為光纖光柵應力傳感器的可行性。
　　本文所提出的新型微波光子傳感系統(tǒng)能