微波解調(diào)技術(shù)在干涉型光纖應(yīng)力傳感中的應(yīng)用研究.pdf

1、近些年來(lái)，光纖傳感技術(shù)憑借其體積小，質(zhì)量輕，抗電磁干擾等一系列優(yōu)點(diǎn)受到學(xué)術(shù)以及工業(yè)界的廣泛關(guān)注。尤其是光纖光柵傳感器，其優(yōu)越的傳感性能和復(fù)用能力使它在很多應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，因此開(kāi)發(fā)高效的光纖光柵解調(diào)技術(shù)一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)了多種光柵解調(diào)技術(shù)，但是這些方案存在成本高，響應(yīng)速度慢或者穩(wěn)定性差等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了光纖光柵傳感器在工程上的大范圍應(yīng)用。微波光子學(xué)是一門(mén)新興的交叉學(xué)科，結(jié)合了光纖技術(shù)和成熟的微波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2、，在信號(hào)發(fā)生、傳感技術(shù)、新型雷達(dá)技術(shù)等領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)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(dòng)能力，而且結(jié)合高度成熟的微波電子技術(shù)，這種新型光纖傳感系統(tǒng)可以達(dá)到很高的信號(hào)處理速度，同時(shí)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(diào)技術(shù)的光纖傳感系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)如何應(yīng)用在光纖微參量傳感上進(jìn)行了深入的理論和實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)的光纖光柵應(yīng)力解調(diào)系統(tǒng)，利用微波解調(diào)技術(shù)和光纖M-Z干涉結(jié)構(gòu)中的光纖色散，將光纖光柵的中心波長(zhǎng)漂移轉(zhuǎn)換成微波干涉結(jié)果的強(qiáng)度變化，從而通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)強(qiáng)度變化解調(diào)出光柵的波長(zhǎng)漂移。此微波干涉儀光柵解調(diào)系統(tǒng)具有非常好的靈敏度，實(shí)現(xiàn)了光柵上超過(guò)2000με的應(yīng)力解調(diào)。
　　（2）設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了上述基于微波干涉結(jié)構(gòu)的光纖光柵振動(dòng)傳感系統(tǒng)，干涉儀將光柵上的振動(dòng)信號(hào)調(diào)制到輸出干涉信號(hào)上，可以直接監(jiān)測(cè)光柵上振動(dòng)信號(hào)的頻率。該振動(dòng)傳感系統(tǒng)具有

4、較大的測(cè)量范圍，可以實(shí)現(xiàn)從80Hz到6kHz的振動(dòng)信號(hào)的傳感監(jiān)測(cè)。
　　（3）構(gòu)建了基于光電振蕩原理的新型光纖傳感系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)光電振蕩器輸出振蕩信號(hào)的頻率漂移來(lái)解調(diào)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(shí)現(xiàn)了光纖上溫度的傳感，傳感的靈敏度達(dá)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(yīng)力解調(diào)系統(tǒng)作為光纖光柵應(yīng)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