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干涉型光纤传感器关键技术研究

作者：朱雪峰 Publish: 2007-8-21 Hits:-

【中文题名】

干涉型光纤传感器关键技术研究

【英文题名】

Investigation of the Key Technologies of Interferometric Fiber Optic Sensor

【学科专业】

通信与信息系统

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-8-21

【中关键词】

干涉型光纤传感器,动态范围,灵敏度,相位一致性,探头设计,

【英关键词】

Interferometric optical fiber transducer,Dynamic range,sensitivity,Uniformity of phase,Designing of pick-up probe,

【分类导航】

工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化元件、部件>发送器（变换器）、传感器>物理传感器

【论文摘要】

干涉型光纤传感器是一门涉及到光学、光电子学、精密机械、加工技术、信号处理等多个学科领域的新兴学科，由于其具有极高的声压灵敏度、大的动态范围、超宽频带的响应范围，因而受到各国的重视，成为光纤传感研究领域里的热门方向之一。本文详细分析了光纤传感器动态范围的上限和下限(本底噪声)、相位灵敏度及声压灵敏度，讨论了相位灵敏度与声压灵敏度各自的意义及他们之间的区别与联系；重点分析了影响光纤传感器解调输出信号相位的一些因素、研究了传感器探头谐振频率点的设计及解调系统中滤波器的设计。课题完成了解调电路的设计与调试；并对传感器探头的设计及AGC电路中滤波器的设计提出了一些建议。

【论文题纲】

摘要	5-6
Abstract	6-10
第1章绪论	10-14
1.1 光纤传感器概述	10
1.2 光纤传感器的特点及分类	10-11
1.3 国外光纤传感器研究进展	11-13
1.4 课题所完成工作	13-14
第2章干涉型光纤传感器信号检测方案	14-22
2.1 光纤相位调制机理	14-16
2.1.1 应力应变效应	15-16
2.1.2 温度效应	16
2.2 相位产生载波(PGC)零差检测方案	16-19
2.2.1 干涉信号检测方案概述	16-17
2.2.2 PGC检测方案模型的数学分析	17-19
2.3 3×3耦合器多相检测技术	19-21
2.4 本章小结	21-22
第3章干涉型光纤传感器的动态范围	22-32
3.1 采用 PGC检测技术时动态范围的上限	22-27
3.1.1 实际系统中动态范围的上限	24-25
3.1.2 试验分析	25-27
3.2 采用3×3耦合器多相检测技术时动态范围的上限	27
3.3 干涉型光纤传感器等效噪声声压级	27-28
3.4 干涉型光纤传感器的各种噪声	28-31
3.4.1 相位噪声	29
3.4.2 强度噪声	29-30
3.4.3 电噪声	30-31
3.5 本章小结	31-32
第4章干涉型光纤传感器灵敏度分析	32-43
4.1 相位灵敏度的定义	32
4.2 相位归-化灵敏度的定义	32-33
4.3 声压灵敏度的定义	33
4.4 相位灵敏度与声压灵敏度的意义	33-37
4.4.1 相位灵敏度的影响因素	34
4.4.2 声压灵敏度的影响因素	34-36
4.4.3 两者的对应关系	36-37
4.5 相位灵敏度的测量方法	37-42
4.5.1 贝塞尔函数比值法	37-38
4.5.2 贝塞尔函数比值法模拟验证	38
4.5.3 贝塞尔函数比值法的实验验证	38-39
4.5.4 一种实用的测量方法	39-42
4.6 本章小结	42-43
第5章系统输出信号相位的影响因素	43-49
5.1 接耦合器不同引出端对输出信号相位的影响	43-46
5.1.1 理论分析	43-45
5.1.2 试验验证	45-46
5.2 本振与干涉信号同相或反相对输出信号相位的影响	46-48
5.3 校对本振信号与干涉信号的相位时需注意的问题	48
5.4 本章小结	48-49
第6章干涉型光纤传感器探头结构设计	49-70
6.1 虚假信号的产生	49-59
6.1.1 角频率ω_s>ω_0/2的信号对解调的影响	49-53
6.1.2 仿真结果	53-56
6.1.3 角频率ω_s<ω_0/2的大信号对解调的影响	56-59
6.2 探头谐振频率点的设计	59-64
6.2.1 探头谐振频率在检测频带内的好处	61-63
6.2.2 传感器在检测频带内响应不平坦的解决方法	63
6.2.3 实际补偿效果	63-64
6.3 一种降低光纤传感器加速度灵敏度的措施	64-69
6.3.1 心轴式探头的结构	64-65
6.3.2 心轴式光纤传感器在加速度作用下产生输出的机理	65-67
6.3.3 降低加速度灵敏度的措施	67-68
6.3.4 试验结果与讨论	68-69
6.4 本章小结	69-70
第7章解调系统滤波器设计	70-77
7.1 PGC解调电路低通滤波器的设计	70-71
7.2 一种 AGC电路的带通滤波器的设计	71-76
7.2.1 AGC原理	71-72
7.2.2 系统电路设计	72-73
7.2.3 带通滤波器的参数设计	73-75
7.2.4 带通滤波器的硬件设计	75-76
7.3 本章小结	76-77
结论	77-79
参考文献	79-82
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果	82-83
致谢	83

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.384708



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